Signal d'horloge

En électronique numérique, un signal d’horloge est un signal électrique booléen oscillant régulièrement qui sert à synchroniser des bascules synchrones. Sa période est appelée cycle d’horloge.

À chaque cycle d'horloge, des calculs peuvent être effectués en utilisant les sorties de bascules. L'horloge permet d'assurer que les données sont valides au cycle d'horloge suivant, c'est-à-dire que les calculs sont terminés et les résultats stabilisés. La durée du cycle doit donc être choisie en fonction de la durée maximale possible de chacun des calculs.

Influence de la fréquence

On considère généralement qu'un circuit est d'autant plus rapide que la fréquence du signal d'horloge qui le synchronise est élevée. Cependant, une plus grande fréquence d'horloge ne permet d'accélérer un circuit donné que jusqu'à un certain seuil : au delà, certains signaux ne sont pas stabilisés à l'arrivée d'une impulsion, ce qui conduit à des erreurs.

Pour accélérer encore le circuit, il faut alors diminuer la taille des plus longs circuits combinatoires, par exemple en y ajoutant des étages de bascules intermédiaires : ils s'exécuteront alors en plusieurs cycles, permettant d'augmenter la fréquence et d’exécuter les autres calculs plus rapidement.

Gigue d'horloge

Un des problèmes récurrents pour les horloges est la variation de leur période. Ce phénomène, appelé Gigue d'horloge, cause des problèmes pour la fiabilité du circuit et complique la montée en fréquence : une période trop courte peut en effet activer les bascules avant que le résultat du circuit précédent ne soit disponible, ce qui oblige le concepteur à utiliser un cycle moyen suffisamment long pour que cela ne se produise pas.

Implémentation

L’horloge qui génère ce signal étant en général reliée à un très grand nombre de bascules, elle possède un fan-out important, ce qui conduit à la conception d’un arbre d’horloge.

Absence d'horloge

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