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一.典型方法
典型方法即双锁存器法,第一个锁存器可能出现亚稳态,但是第二个锁存器出现亚稳态的几率已经降到非常小,双锁存器虽然不能完全根除亚稳态的出现(事实上所有电路都无法根除,只能尽可能降低亚稳态的出现),但是基本能够在很大程度上减小这种几率。最后的一个D触发器和逻辑电路组成的是一个采沿(上升沿,修改一下就能采集下降沿)电路,即当第二个锁存器的输出中出现1个上升沿,那么最后的逻辑输出就会产生1个clock的高电平脉冲
二.结绳法
1.结绳法1:利用数据的边沿作时钟(例子中上升沿)。(可以将脉冲无限延长,直到可以采集到数据,然后复位,要考虑产生数据的频率)。
实例1
说明:这种结绳法的原理是,数据作为Din_clkA,即当数据有上升沿(0->1)时,寄存器1的输出将会稳定在高电平,此时等待clkB采样,当clkB完成采样后,寄存器4会输出高电平,若此时Din_clkA为高电平,那么即可完成复位,开始下一次采样等待。
这里需要注意的是当数据来临(即上升沿)时,clkB域需要等待3个clkB才会在寄存器4输出并完成输入端的复位,所以Din如果变化较快
即持续时间短于3个clkB,也就是clkA频率大于clkB的1/3,那么这时Din的变化将无法被采样到,因为clkB域需要3个clkB才能
完成采样,并且此时Din必须是低电平才能复位,并且复位后的0也要延迟3个clkB才能到达输出端.
因此说,在慢时钟采样快时钟的时候,结绳法适合采样数据较少(即脉冲间隔较大)的控制信号。即脉冲间隔Ta>3Tb;即等待3个clkB时钟后,完成复位,才允许下一个输入脉冲。
实例2
说明:与实例1的区别是,这种复位更迅速,不需要等到clkA为低电平,即可完成复位。复位后,经过3个clkB,寄存器2~4相继复位
2结绳法2:利用数据作为异步复位,置位信号。(适合将不足时钟宽度的脉冲扩展1周期)
实例1:输入高脉冲(clka域),输出高脉冲(clkb域)
说明:当clkB因为太慢,没有采到din_clkA时,din_clkA的高电平脉冲会异步置位,即寄存器1从clkA的上升沿开始到clkB的下一个上升沿之间输出为高,寄存器2采样到高电平,并持续1个clkB,高电平持续时间为1个clkB多一点;
当clkB足够快,其上升沿采到了din_clkA时,置位作用从clkA的上升沿开始,跨越了clkB的上升沿,那么输出高电平持续了2个clkB还多一点,因为寄存器1持续了1个周期多一点。
实例2:输入高脉冲(clka域),输出低脉冲(clkb域)
说明:同上
实例3:输入低脉冲(clka域),输出低脉冲(clkb域)
说明:同上
实例4:输入低脉冲(clka域),输出高脉冲(clkb域)
说明:同上
3结绳法3:输入作为数据输入,同样也是检测高有效后,输出一直为高,异步时钟域可以采集到数据后再复位。
因为没有将输入作为时钟,或者作为异步set,reset,所以这类方便比较常用。
参考代码:
//================================================================================ // Created by : Ltd.com // Filename : sync_clk1_clk2.v // Author : Python_Wang // Created On : 2009-02-27 22:47 // Last Modified : 2009-02-28 09:09 // Description : // // //================================================================================ module sync_clk1_clk2( clk1 , rst_n1 , clk2 , rst_n2 , data_clk1_i , data_clk2_o ); input clk1 ; input rst_n1 ; input clk2 ; input rst_n2 ; input data_clk1_i ; output data_clk2_o ; reg data_clk1_q1 ; reg data_clk1_q2 ; reg data_clk2_q1 ; reg data_clk2_q2 ; reg data_clk2_q3 ; reg data_clk2_q4 ; reg data_clk2_q5 ; wire data_clk1 ; assign data_clk1 = data_clk1_i | ( !data_clk2_q5 & data_clk1_q1) ; always@(posedge clk1 or negedge rst_n1) begin if(!rst_n1) begin data_clk1_q1 <= #1 'b0; data_clk1_q2 <= #1 'b0; end else begin data_clk1_q1 <= #1 data_clk1 ; data_clk1_q2 <= #1 data_clk1_q1; end end always@(posedge clk2 or negedge rst_n2) begin if(!rst_n2) begin data_clk2_q1 <= #1 'b0; data_clk2_q2 <= #1 'b0; data_clk2_q3 <= #1 'b0; end else begin data_clk2_q1 <= #1 data_clk1_q1; data_clk2_q2 <= #1 data_clk2_q1; data_clk2_q3 <= #1 data_clk2_q2; end end always@(posedge clk1 or negedge rst_n1) begin if(!rst_n1) begin data_clk2_q4 <= #1 'b0; data_clk2_q5 <= #1 'b0; end else begin data_clk2_q4 <= #1 data_clk2_q2; data_clk2_q5 <= #1 data_clk2_q4; end end assign data_clk2_o = data_clk2_q2 & ~data_clk2_q3 ; endmodule
4.结绳法3:利用握手协议:(可以将脉冲无限延长,直到可以采集到数据,然后复位,要考虑产生数据的频率)。
Pulse2Toggle Synchronization Toggle2Pluse
Toggle2Pluse Synchronization Pluse2Toggle
说明: 结绳模块(Pluse2Toggle): 负责延长待采样信号
同步模块(Synchronization):负责双触发器锁存
解绳模块(Toggle2Pluse): 负责将长信号转换成脉冲信号
参考代码:
//================================================================================ // Created by : Ltd.com // Filename : handover.v // Author : Python_Wang // Created On : 2009-02-19 19:31 // Last Modified : 2009-02-20 08:38 // Description : // // //================================================================================ module handover( rst_n , ClkA , Req_ClkA , Ack_ClkA , ClkB , Dvld_ClkB ); input rst_n ; input ClkA ; input Req_ClkA ; input ClkB ; output Ack_ClkA ; output Dvld_ClkB ; reg Dvalid_ClkB ; reg Q_Dvalid_ClkB ; reg Dvalid_ClkA ; always@(posedge ClkA) begin if(!rst_n) begin Dvalid_ClkA <= #1 1'b0; end else if(Req_ClkA) begin Dvalid_ClkA <= #1 ~Dvalid_ClkA ; end end reg Q1_ClkB ; reg Q2_ClkB ; reg Q3_ClkB ; always@(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Q1_ClkB <= #1 'b0; Q2_ClkB <= #1 'b0; Q3_ClkB <= #1 'b0; end else begin Q1_ClkB <= #1 Dvalid_ClkA ; Q2_ClkB <= #1 Q1_ClkB ; Q3_ClkB <= #1 Q2_ClkB ; end end wire Req_ClkB = Q2_ClkB ^ Q3_ClkB ; always@(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Dvalid_ClkB <= #1 'b0; Q_Dvalid_ClkB <= #1 1'b0; end else if(Req_ClkB) begin Dvalid_ClkB <= #1 ~Dvalid_ClkB ; Q_Dvalid_ClkB <= #1 Dvalid_ClkB ; end end always@(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Q_Dvalid_ClkB <= #1 1'b0; end else begin Q_Dvalid_ClkB <= #1 Dvalid_ClkB ; end end reg Q1_ClkA ; reg Q2_ClkA ; reg Q3_ClkA ; always@(posedge ClkA) begin if(!rst_n) begin Q1_ClkA <= #1 'b0 ; Q2_ClkA <= #1 'b0 ; Q3_ClkA <= #1 'b0 ; end else begin Q1_ClkA <= #1 Dvalid_ClkB ; Q2_ClkA <= #1 Q1_ClkA ; Q3_ClkA <= #1 Q2_ClkA ; end end assign Ack_ClkA = Q2_ClkA ^ Q3_ClkA ; assign Dvld_ClkB = Dvalid_ClkB & ~Q_Dvalid_ClkB; endmodule
仿真:
另外对于为了提高速度和准确度的握手操作中,可以将设置一定的握手模块(n>2(clk1+clk2)/Trd),流水操作
结绳就是将单脉冲延长,以方便采集到数据。
结绳的方法归结为2类:
1.利用脉冲的边沿做时钟;
2.利用脉冲的电平(部分场合要求最小脉冲宽度)做选择器或者异步复位,置位。
另外的关键点就是什么时候结绳结束(采集到了数据就要让对方回到初始状态),
这里的操作也有2种方法:
1.利用采集到的脉冲做异步复位,置位。
2.利用采集到的脉冲再次结绳采集做握手响应信号。
处理的时候应该选择对应的方法。