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En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?

Un signal d’horloge est, en electronique , et particulierement en electronique numerique , un signal electrique oscillant qui rythme les actions d'un circuit . Sa periode est appelee cycle d’horloge ^{[ 1 ]} .

A chaque cycle d'horloge, des calculs peuvent etre effectues en utilisant les sorties de bascules . L'horloge permet d'assurer que les donnees sont valides au cycle d'horloge suivant, c'est-a-dire que les calculs sont termines et les resultats stabilises. Meme certains filtres , comme les circuits a capacites commutees , doivent etre cadences par un circuit d'horloge ^{[ 2 ]} . La duree du cycle doit donc etre choisie en fonction du temps de reponse des portes logiques .

Influence de la frequence [ modifier | modifier le code ]

On considere generalement qu'un circuit est d'autant plus rapide que la frequence du signal d'horloge qui le synchronise est elevee. Cependant, l’ overclocking , c'est-a-dire l'augmentation de la frequence d'horloge , entraine une augmentation de la consommation electrique et, par effet ohm , de la temperature. Augmenter la tension ou refroidir le circuit sont donc necessaires pour augmenter la vitesse de commutation des transistors, et donc augmenter la frequence d'horloge ; mais a partir d'une certaine frequence, le circuit ≪ decroche ≫ : certains signaux ne sont pas stabilises a l'arrivee d'une impulsion, ce qui conduit a des erreurs que le controle de checksum ne suffit plus a reparer.

Pour accelerer encore le circuit, on peut diminuer la taille des plus longs circuits logiques , par exemple en y ajoutant des etages de bascules intermediaires : ils s'executeront alors en plusieurs cycles, permettant d'augmenter la frequence et d’executer les autres calculs plus rapidement.

Dans le cas de processeurs , de nombreuses autres proprietes entrent en ligne de compte, comme le parallelisme au niveau des instructions , la prediction de branchement ou le temps d'acces a la memoire. La frequence d'horloge ne permet donc de comparer que des processeurs de conception proche.

Gigue d'horloge [ modifier | modifier le code ]

Un des problemes recurrents pour les horloges est la variation de leur periode. Ce phenomene, appele gigue d'horloge , cause des problemes pour la fiabilite du circuit et complique la montee en frequence : une periode trop courte peut en effet activer les bascules avant que le resultat du circuit precedent ne soit disponible, ce qui oblige le concepteur a utiliser un cycle moyen suffisamment long pour que cela ne se produise pas.

Implementation [ modifier | modifier le code ]

L’horloge qui genere ce signal etant en general reliee a un tres grand nombre de bascules, elle possede un fan-out important, ce qui conduit a la conception d’un arbre d’horloge , et a l'insertion de repeteurs. On utilise des algorithmes specialises pour router ce circuit, de maniere a controler au mieux les differences de delais.

D'autres methodes ont ete etudiees pour reduire l'energie consommee par ce circuit et les differences de delais. On peut citer, par exemple, l'utilisation des proprietes de resonance des circuits RLC pour entretenir les oscillations ^{[ 3 ]} .

Clock gating [ modifier | modifier le code ]

L'horloge peut representer une part importante de la consommation d'energie d'un circuit : les fronts d'horloge consomment de l'energie en chargeant et dechargeant les fils, et en activant les bascules qui y sont reliees. Pour reduire la consommation des circuits synchrones, on utilise le clock gating , qui consiste a couper l'horloge dans les parties inactives du circuit.

Circuits sans horloge [ modifier | modifier le code ]

Meme si la plupart des circuits electroniques complexes sont synchronises par une horloge, il est possible d'en concevoir qui n'en possedent pas. On parle alors de circuit asynchrone . Inversement, on parle de circuits synchrones pour ceux utilisant un unique signal d'horloge.

References [ modifier | modifier le code ]

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