时钟信号是集成电路运转的节拍器,在电子系统中扮演着“脉搏”的重要角色。时钟信号为按照一定时间间隔连续发出的脉冲信号,是集成电路运算的基本条件。
集成电路的最小功能单元分为时序单元(寄存器)和逻辑单元,寄存器接收数据信号以及时钟信号,同时在每一个时钟周期的上升沿将输入的数据信号输出至逻辑单元;逻辑单元主要负责计算功能,逻辑单元在接收到寄存器的数据后在一个时钟周期内完成计算并将计算结果输入至下一个寄存器,寄存器再在下一个时钟周期上升沿将接收到的数据输入至下一个逻辑单元。
最终在“时钟”的控制下,芯片内部各个电路按照时钟信号的节拍以及规定的时序相互配合,从而完成芯片在电子系统中所承担的功能,所以稳定的集成电路运算系统,需要稳定的时钟系统支撑。

时钟产品主要由晶体谐振器XO、时钟振荡器(普通时钟OSC、温补时钟TCXO、恒温时钟OCXO等)、实时时钟(RTC)芯片、时钟发生器(Clock Generator)、时钟同步芯片(IEEE1588 PTP)、时钟驱动器芯片(Clock Buffer)、时钟去抖芯片(Jitter Attenuation)等组成。

原始时钟信号一般由时钟振荡器(晶振)、时钟谐振器产生。时钟振荡器负责产生电子设备工作所需基准时钟频率,亦称根时钟频率。时钟谐振器适用于成本敏感、对精度要求不高的场景,如消费电子(遥控器、玩具)、基础时钟电路,需搭配芯片内部振荡电路使用。
由于时钟振荡器产生的原始时钟信号频率较低,且时钟振荡器在出厂后产生的频率固定,难以满足电子设备中各类芯片的工作频率要求,因此需要利用时钟发生器进行频率合成,将单个低频时钟信号生成多个不同频率的时钟信号进行输出,从而形成满足芯片工作所需的高频时钟信号。
时钟信号质量会直接影响电子设备的运行效率,然而,受石英晶体性能波动、噪声干扰、半导体材料纯度和均匀度、信息传输介质及距离等因素的影响,时钟信号从产生到传递再到读取,每一个环节都不可避免的存在各种干扰,导致时钟信号质量下降。时钟信号的抖动会影响数据在传递过程中的准确性,导致处理器获得的原始数据存在错误编码。在时钟信号抖动一定的情况下,信息处理的速率越高,信息中包含的错误编码也就越多,从而使整个系统运行效率受到影响,甚至可能崩溃。因此,低抖动的时钟信号对于高速数据处理系统至关重要。


