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ⓘ Clock tree




Clock tree
                                     

ⓘ Clock tree

Il clock tree viene utilizzato in un circuito digitale sincrono per definire il tempo di riferimento per il movimento dei dati allinterno del sistema. Distribuisce infatti il segnale di temporizzazione a tutti gli elementi che ne hanno bisogno. Questi elementi, in generale, sono gli elementi sequenziali.

                                     

1. Motivazioni

Ogni macchina a stati cambia il suo stato in base a due elementi: lo stato attuale e i suoi ingressi. Allinterno degli automi a stati finiti, ed in particolare degli automi sincroni, gli elementi sopralencati modificano effettivamente gli accessi soltanto in istanti predefiniti. Questi istanti sono definiti dal nostro segnale speciale, il clock.

Affinché ogni parte del circuito commuti insieme alle altre, il segnale di clock deve giungere contemporaneamente ad ogni elemento che ne necessita. Per ottenere questo risultato, la contemporaneità nel campionamento, è necessario introdurre delle strutture che garantiscano una uniforme propagazione del segnale. Infatti due elementi sequenziali per esempio due flip-flop possono trovarsi a distanze diverse dal punto in cui viene originato il segnale; i diversi tempi di propagazione che si avrebbero vanno necessariamente compensati mediante linserimento di specifici circuiti chiamati buffer non invertenti.

                                     

2. Implementazione

La realizzazione del clock tree è una materia molto critica dal punto di vista industriale. Il CTS ossia "clock tree synthesis", "inserimento del clock tree" in italiano può determinare variazioni grandi nelle prestazioni di un circuito digitale. Vengono utilizzati a questo scopo strumenti di progettazione assistita dal computer CAD che si avvalgono di algoritmi complessi per la realizzazione di "alberi bilanciati", ossia alberi costituiti da interconnessioni metalliche da buffer mediante i quali le "foglie" risultano essere sincronizzate. Nel risolvere questo tipo di problemi si devono sviluppare algoritmi che permettano di massimizzare in velocità e contemporaneamente equalizzare tutti i rami.

                                     

2.1. Implementazione Varianti

  • Clock tree realizzati tramite invertitori: dal punto di vista logico, se il numero delle inversioni è pari allora il segnale non cambia.
  • Clock mesh: variante nella CTS che non si basa più su un albero di propagazione, ma sfrutta una rete di distribuzione uniforme dalla quale viene estratto localmente il segnale del clock.
                                     

2.2. Implementazione Strutture avanzate

  • Clock gating: struttura che permette lo spegnimento del clock quando il circuito non viene utilizzato
  • Domini di clock multipli: si hanno nel caso di circuiti che ricevono più segnali di clock contemporaneamente: ogni singolo clock viene bilanciato separatamente dagli altri
                                     
  • Pearson Education, 2006, ISBN 978 - 88 - 7192 - 271 - 3. Interrupt Overclocking Clock gating Clock doubling Onda quadra Stabilità di frequenza Clock tree Word clock
  • distribuire ad un elevato numero di porte logiche. Un uso tipico del buffer è nella sintesi del clock tree buffer non invertente clock tree invertitore
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