Clock tree

Il termine tecnico

L'espressione clock tree è un termine tecnico di difficile traduzione nella lingua del sì. Come moltissimi termini tecnici nell'ambito dell'elettroinca esso viene mutuato dall'inglese e tradotto in vari modi:

• albero del clock
• clock tree
• clock mesh

In questa voce noi useremo il termine indicato nel titolo, anche se l'espressione che meglio esprime questa struttura fondamentale dell'elettronica digitale è rete di distribuzione del clock.

Descrizione

In un circuito sincrono, the segnale del clock viene usato per definire il tempo di riferimento per il movimento dei dati allinterno del systema. La rete di distribuzione del clock (detta anche,più comunemente anche se meno precisamente, albero del clock o all'inglese clock tree) distribuisce il segnale di temporizzazione (o i segnali di temporizzazione a partire da un punto comune (la radice del clock) a tutti gli elementi che ne hanno bisogno. Questi elementi, in generale, sono gli elementi sequenziali.

Descrizione ideale di come il clock debba raggiungere ogni cella sequenziale del circuito integrato a partire da una radice comune

Poiché la funzione del clock è vitale per l'operazione di un sistema sincrono, bisogna porre particolare attenzione alle caratteristiche di questi segnali di temporizzazione ed alla rete usata per distribuirlo all'interno del microchip. Spesso il clock viene considerato un semplice segnale di controllo; tuttavia, questo segnale ha speciali caratteristiche che lo rendono unico ed il più importante di tutti.

Motivazioni

Ogni macchina a stati cambia il suo stato in base a due elementi:

• lo stato attuale
• i suoi ingressi

In riferimento agli automi a stati finiti, focalizziamo ora la nostra attenzione sugli automi sincroni; gli elementi elencati or ora 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, permettendo in questo modo un'evoluzione sincrona della macchina ed una transizione pulita verso il nuovo stato, 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 l'inserimento di specifici circuiti chiamati buffer.

Implementazione

La realizzazione del clock tree è una materia molto critica dal punto di vista industriale. Il cosiddetto inserimento del clock tree detto anche CTS (ossia clock tree synthesis) può determinare variazioni grandi nelle prestazioni di un circuito digitale.

Descrizione qualitativa di come un albero di clock tree possa essere realizzato.

Voci correlate

• buffer non invertente