Klokdistributie

Klokdistributie is het proces waarbij een kloksignaal, meestal gegenereerd door een klokbron zoals een kristaloscillator of een faseversterkingslus (PLL), zodanig wordt verspreid door een digitaal systeem dat alle sequentiële elementen, zoals flip-flops en registers, kunnen synchroniseren. Het doel is om een uniform en voorspelbaar tijdssignaal te leveren aan alle onderdelen, terwijl variaties door vertraging, ruis en belastingsverschillen zo veel mogelijk worden beperkt.

Essentiële concepten zijn onder meer de klokbron, buffer- en versterkingslijnen, en het distributienetwerk. Belangrijke kwaliteitscriteria zijn klokskew, de tijdvertragingverschillen tussen diverse paden, en jitter, de onregelmatigheid in de klokperiode. Andere overwegingen zijn de duty cycle van de klok en het totale vermogensverbruik van het kloknet. Ontwerpers kiezen doorgaans voor een klokdistributie-architectuur die balans biedt tussen minimale skew en laag verbruik, met buffers om fan-out te beheren en storingen door belastingvariaties te beperken.

Veelgebruikte architecturen zijn gecentraliseerde klokdistributie met een boomachtige of H-tree-achtige structuur, en gedistribueerde netwerken zoals mesh- of grid-achtige systemen. In ASIC- en SoC-ontwerperscentra wordt vaak clock tree synthesis (CTS) toegepast om buffers en verbindingen automatisch zo te plaatsen dat aan skew- en timingdoelstellingen wordt voldaan. In FPGA-systemen wordt klokrouting ondersteund door gespecialiseerde resources die ook re- timing en route-optimalisatie vereenvoudigen.

Toepassingen van klokdistributie komen voor in vrijwel alle digitale systemen met seriële of paralelle sequentiële logica, waaronder microprocessoren, systeemop- en -paretten (SoCs) en beeld- en communicatiesystemen. Een goed ontworpen klokdistributie is cruciaal voor betrouwbare en voorspelbare systeemwerking.