跨时钟域梳理

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来源：网络素材

随着实习面试的临近、秋招的逐步靠近，愈发觉得知识需要成系统，让它们串接起来。不然，太容易忘了

1、单比特信号

1.1电平同步

当我们需要在两个时钟域间传输一个电平信号，这里的电平信号表示信号能够维持一定的时间（如在原时钟域内至少维持两个周期），可以采用两个触发器打拍。

类似下面这种，持续一定时间，能在亚稳态稳定后采样到稳定的值，即第一个周期可能同步失败，但第二个周期有机会采样稳定的值，不发生亚稳态

1.2、脉冲同步

当信号在发送端时钟域内只能持续一个周期时，可以称为脉冲信号。要注意的是，发送的是脉冲，收到的也应该是脉冲。

为了让脉冲能够被接收端采样，可以将脉冲信号在发送时钟域内变成电平信号。即采样到in_pulse为1，则翻转Q，将脉冲变成边沿。

只要脉冲有足够的间隔，就能保证接收端能够边沿检测，从而输出一个接收时钟周期的脉冲

1.3 握手

很显然，上面两种方式不存在接收方对发送方的反馈。

也可以使用握手协议，确保一笔一笔的完成传输，只有完成一笔传输，才会改变数据。

见：握手信号传输跨时钟域数据

1.4 展宽

当信号宽度不够，可以使用展宽的方法，如在发送域打拍，然后取或

2、多bit

2.1 异步FIFO

使用异步FIFO传输数据--格雷码计数器实现

使用异步FIFO传输数据--对以前的强烈批判

2.2 DMUX

DMUX数据有效会搭配一个标志信号data_ready，对标志信号进行同步，将同步后的标志信号作为MUX的选通信号。

在发送时钟域内，标志信号和数据是同步的，在同步器内，标志信号同步有延迟。这样即使数据和标志信号在接收时钟上升沿附近变化，data_ready可能发生亚稳态，亚稳态结束后，同步后的标志信号可以正常工作。而数据在这些延迟内，能够达到稳定，即接收方采样的data是不变的，当然不会违反建立保持时间

这要求当data_ready=1时，data要保持

换种方式，我们可以将标志信号作为于触发器使能端。道理是类似的，en=0，并不会使能触发器的采样

2.3 握手

和单bit类似，协议让数据维持足够的时间

2.4 双口RAM

双口RAM可以同时读写

增加读写控制逻辑，很像异步FIFO，不多说

3、convergence

当出现信号的合流时，如下图所示，dataa和datab将经过组合逻辑变成1bit。由于组合逻辑的延迟不同，可能出现毛刺，可能传输到错误的信号，

解决办法就是发送方再打拍

还要注意的是，两级同步后，也应该避免多比特使用组合逻辑，原因在于亚稳态恢复的数据不确定

4、divergence

当信号要作用于接收方的不同逻辑时，即有多个扇出，由于传播延时和不同的亚稳态解决时间meta-stable settling time，输出也可能不同。

因此只能先同步然后使用，避免分别同步使用