klokkesignal

Een kloksignaal, in elektronica en digitale systemen ook wel kloksynchronisatie genoemd, is een periodiek, voorspelbaar elektronic signaal dat als referentiepunt dient om operationele stappen te coördineren. Het geeft aan wanneer veranderingen in digitale waarden plaatsvinden, zoals het laden van data, het schakelen vanFlip-flops en de ritmes van reken- en communicatietaken. Zonder een kloksignaal zouden in een digitaal systeem de verschillende onderdelen los van elkaar reageren, wat de betrouwbaarheid en het correct functioneren bemoeilijkt.

Kenmerken van een kloksignaal zijn onder meer de frequentie (f) en de bijbehorende periode (T = 1/f), de amplitude of logische niveaus, en de duty cycle (het aandeel van de periode waarin het signaal hoog is). Ook de aard van de rand waarop men meet (rijzende rand, vallende rand of beide) bepaalt hoe het signaal als trigger werkt. In veel systemen geldt een duty cycle dicht bij 50%, maar dit is afhankelijk van ontwerp en toepassing. Moderne ontwerpen maken daarnaast gebruik van differentiële kloksignalen om ruis en jitter te verminderen en de signaalintegriteit te verbeteren.

Generatie en distributie van kloksignalen gebeuren meestal met een kristaloscillator of een andere oscillatorbron, vaak in combinatie met een phase-locked loop (PLL) of een delay-locked loop (DLL) om de gewenste frequentie en stabiliteit te bereiken. Het kloksignaal wordt via een klokdistributiestructuur, soms in de vorm van een klokboom of kloknetwerk, naar verschillende onderdelen van het systeem geleid. In sommige toepassingen worden meerdere kloksignalen gebruikt of differentiële klokken (zoals LVDS) om afstandsgeluid en stapelklokken te bestrijden.

Toepassingen van kloksignalen zijn wijdverspreid: ze coördineren geheugen- en processoroperaties, registerniveaus, en de timing van seriële interfaces, dataoverdracht en videogrids. Belangrijke uitdagingen zijn klokskew (verschillen in aankomsttijd tussen componenten) en jitter (variaties in de randtijden), evenals signaalintegriteit en het managen van het stroomverbruik bij hogere frequenties.