kloksignalen

Kloksignalen zijn periodieke pulsen die de timing van digitale systemen bepalen. Ze synchroniseren opeenvolgende toestanden in registers en flip-flops en maken dat bewerkingen in stap verlopen.

Een kloksignaal wordt doorgaans geproduceerd door een oscillator, meestal een kristaloscillator, en soms door RC-oscillatoren. In moderne systemen wordt vaak een kristaloscillator gecombineerd met fase- en frequentie-locked loops (PLL’s) om een stabiele en nauwkeurige klokfrequentie te realiseren.

De klok wordt vervolgens verspreid via een kloknetwerk of klokboom, met buffers en vertragingen die ervoor zorgen dat de puls zo gelijk mogelijk bij verschillende delen van de schakeling aankomt. Moderne ontwerpen gebruiken vaak differentiale kloksignalen zoals LVDS of CML om ruis en randsignalering te verminderen; oudere CMOS-implementaties gebruiken doorgaans enkelvoudige kloksignalen.

Toepassingen omvatten synchronisatie van microprocessors, geheugen, digitale signaalverwerking en communicatieprotocollen. Belangrijke aandachtspunten zijn jitter (tijdelijke variatie van de overgang), klokskew tussen onderdelen en metastabiliteit bij crossing clock domains. Oplossingen zijn PLL’s, DLL’s, deskew-mechanismen en zorgvuldige timinganalyse bij het ontwerpen van het kloksysteem.

Een goed kloksysteem vereist ook rekening met vermogen, emissie en lay-out; de klokbron moet stabiel blijven onder temperatuurschommelingen en spanningvariaties.