kellonjakelu

Kellonjakelu on digitaalisten järjestelmien ja integroitujen sirujen toiminto, jossa kellosignaali jaetaan useisiin komponentteihin siten, että niiden toiminta pysyy synkronoituna. Tavoitteena on pienet viive-erot sekä vakaa jakso ja vaihe jokaisessa osassa, jotta useat lohkot voivat suorittaa operaatioitaan ajallisesti samaan aikaan. Kellonjakelu vaatii sekä luotettavan kellolähteen että käytännöllisen jakeluverkon, joka säilyttää signaalin eheänä pitkissä siirtokeissa.

Kellonjakelu voidaan toteuttaa useilla arkkitehtuureilla, kuten hajautetuilla jakeluväylillä tai puumaisilla rakenteilla, joiden tarkoituksena on tasata viiveitä ja varmistaa sama vaihe kaikille vastaanottimille. Tärkeimpiä käsitteitä ovat viive-erot (skew) ja kellosignaalin jitter, sekä signaalin amplitudi ja eheys. Yleisesti käytetään kiinteää, toistettavaa signaalipolkua ja kytkentöjä, jotka minimoivat heijastumat ja häiriöt.

Teknisesti kellonjakelun toteutuksessa käytetään vahvistimia tai bufferointia signaalin jakamiseksi useaan haaraan sekä ajoituslaitteita kuten PLL- ja DLL-lohkoja, jotka korjaavat viive-eroja ja varmistavat oikean jakso- ja vaihe-arvon. Erilaiset siirtotavat, kuten differential-signaalointi (esim. LVDS), voivat parantaa vastaanoton vastustuskykyä häiriöille. Lisäksi suunnittelussa harkitaan terminointia, tehonsyöttöä ja lämpötilavaihteluita, jotka vaikuttavat ajoitukseen.

Kellonjakelua käytetään laajasti prosessoreissa, muisteissa, järjestelmän integraatioissa sekä korkeanopeuksisissa viestintäjärjestelmissä. Oikein suunniteltu kellonjakelu parantaa kokonaisuuden suorituskykyä, energiatehokkuutta ja luotettavuutta.

Haasteina ovat prosessi-, jännite- ja lämpötilariippuvuus sekä tuotantokohtaiset toleranssit, jotka aiheuttavat kellovipuja ja vaihtelua. Kellonjakelun suunnittelua testataan mittauksin, kuten jitter-arvoin ja skewin, sekä simulaatioilla ennen tuotantoa.