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单比特信号同步器

热度 1已有 1796 次阅读| 2016-12-29 16:53 |系统分类:硬件设计

由于建立时间或保持时间违规等原因，使得触发器的输出在一段时间内无法达到一个确定的状态，这种状态称之为亚稳态。如图1所示，clock1和clock2分别为两个不同的时钟，如果Din在DFF2的建立时间和保持时间窗口内发生翻转，Dout会在一段时间内处于亚稳态，

图1 跨时钟域电路

图2 亚稳态时序电路

二、设计风险

亚稳态可能是毛刺、可能是震荡、也可能是某一电压值。如果亚稳态的传导入后续电路会导致系统功能异常，甚至崩溃。

三、解决方案

设计中采用两级同步器对单比特跨时钟域信号进行同步，如图3所示。图4是两级同步器时序图。图中，DB1是第一个触发器的输出，Dout 是第二个触发器的输出。Dout用来避免亚稳态信号传递到其他后续电路中，一旦同步后的信号有机会稳定下来，就会把信号传递出去。两个触发器之间不加任何逻辑，可以为信号稳定争取足够的时间。

图3 两级同步原理图

图4 两级同步时序图

注：两级同步电路只适用于单比特信号同步，多比特或总线信号同步除了考虑亚稳态，还应该考虑信号汇聚问题。