kellosignaalin

Kellosignaalin, eli kellosignaalin, on digitaalisten laitteiden ajastus- ja synkronointiviite. Se on yleensä jaksollinen neliöaaltosignaali, joka vuorottelee korkealla ja matalalla logisella tasolla tietyllä taajuudella. Kellon reunaa, yleensä nousevaa tai laskevaa, käytetään tapahtumien laukaisuun useissa digitaalisissa laitteissa kuten flip-floppeissa, rekistereissä, laskureissa ja tilakoneissa. Taajuus määrittää perusyksiköiden toiminnan tahdin, ja signaalin vakaus sekä tarkkuus ovat keskeisiä suunnittelun kannalta. Ominaisuuksiin kuuluvat amplitudi, logiikkatasot (esim. CMOS), sekä duty cycle eli korkealla ajalle määrätty osuus periodista. Usein tavoitellaan noin 50 prosentin duty cyclea, mutta sovelluksista riippuen voidaan käyttää epäsymmetrisempiä jaksoja.

Taajuuden tuottamiseen ja jakeluun käytetään useita tekniikoita. Kristallikellot tarjoavat vakaat viitteet, ja niitä täydentävät oskillaattoripiirit sekä faasitaso- eli PLL-järjestelmät, joiden avulla taajuutta voidaan muuttaa, vakauttaa tai kompensoida driftia. Kellon jakeluverkostot pyrkivät minimoimaan viivettä ja saapumisaikavaria, eli skeewausta, signaalin vastaanottajille. Jitter tarkoittaa reunojen aikapilviä ja voi heikentää synkronoitujen toimintojen luotettavuutta.

Kellot voivat olla globaalisti tai paikallisesti ja niitä hallitaan usein kellon ohjaus- tai portaalitoiminnoilla (clock gating) energiansäästön tai toiminnallisuuden mukaan. Synkronisissa järjestelmissä koko kokonaisuus rakentuu yhden tai useamman hallitsevan kellon ympärille, mikä mahdollistaa ennustettavan toiminnan. Käyttökohteita ovat muun muassa CPU:t, GPU:t, muistiohjaimet, digitaaliset signaaliprosessorit sekä FPGA- ja ASIC-suunnittelut sekä erilaiset sulautetut järjestelmät.