Questão 4 (2,5 pontos): Com relação a distribuição de sinais e seus tempos em circuitos síncronos e assíncronos, responda as questões a seguir:
O que é clock skew e por que ele ocorre?
Passo 1
Beleza, o exercício pergunta sobre “clock skew” em circuitos síncronos: ou seja, ele quer saber o que é esse tal de clock skew e por que ele acontece. Estamos na matéria de circuitos digitais/sincronismo, mais exatamente no tópico de distribuição de clock e análise de tempos (timing). Para resolver, vamos precisar entender o que significa “chegada do pulso de clock” nos flip-flops e por que há atrasos diferentes entre eles.
Passo 2
Primeiro, o que é “clock skew”?
Em circuitos síncronos, a ideia é que todos os flip-flops (ou registradores) recebam o pulso de clock ao mesmo tempo. Mas, por diversos motivos, o clock demora um pouquinho a mais para chegar em alguns pontos do chip comparado a outros. Esse desvio de tempo entre a borda do clock em dois pontos diferentes é justamente o clock skew.
Em circuitos síncronos, a ideia é que todos os flip-flops (ou registradores) recebam o pulso de clock ao mesmo tempo. Mas, por diversos motivos, o clock demora um pouquinho a mais para chegar em alguns pontos do chip comparado a outros. Esse desvio de tempo entre a borda do clock em dois pontos diferentes é justamente o clock skew.
A gente pode definir numericamente:
onde
é o instante em que a borda do clock chega no ponto
e
no ponto
. Se esse valor for positivo, o ponto
recebe o clock depois do
; se for negativo, chega antes.
Passo 3
Por que esse skews acontece?
- Atrasos de roteamento: o traçado dos fios de clock até cada flip-flop não tem exatamente o mesmo comprimento ou capacitância, então cada ramo tem um atraso diferente (efeito RC).
- Diferenças de carga: cada buffer ou driver do clock pode alimentar mais ou menos gates, mudando o atraso de propagação.
- Variações de processo: na fabricação do chip, pequenos desvios de espessura de metal e características dos transistores causam variações nos atrasos.
- Temperatura e tensão: regiões diferentes do chip podem estar mais quentes ou com tensão ligeiramente diferente, o que altera a velocidade de comutação dos transistores.
Tudo isso faz com que o pulso de clock “chegue torto” em algumas partes do circuito, daí o nome clock skew (ou seja, clock desalinhado).
Resposta
Clock skew é a diferença de tempo com que o pulso de clock atinge dois pontos distintos de um circuito síncrono, devido a variações de atraso em roteamento (RC), cargas diferentes, variações de processo e condições de temperatura/tensão.