避免亚稳态的方法

亚稳态在违背时序要求时出现,常见于异步信号处理和跨时钟域操作。设计者可通过延长时钟周期或使用同步触发器减少亚稳态的发生,但无法完全消除。检测亚稳态的电路通常涉及异或非门和多个触发器。同步器虽能缓解问题,但会增加延迟。

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如前所述,每当违背建立,保持时间时,亚稳态就会出现。在以下条件中,信号可能违背时序要求。

*输入信号是异步信号

*时钟偏移/摆动(上升/下降时间)高于容限值

*信号在两个不同频率或者相同频率但是相位和偏移不同的时钟域下跨时钟域工作。

*组合延迟使触发器的数据输入在亚稳态窗口内发生变化

亚稳态引起过多的传输延迟和系统故障,所有的触发器和寄存器都存在亚稳态。虽然亚稳态不能根除,但是可以减小亚稳态发生的概率。

在最简单的情况下,设计人员可以通过确保时钟周期足够长来避免亚稳态,这个时钟周期要大于准稳态的解析时间,也要大于通往下一级触发器的路径上的任何逻辑延迟。虽然这种方法简单,但是大多数现代设计的性能要求下并不实用。另一种避免亚稳态的方法是使用同步器。

避免亚稳态最常见的方法是在跨时钟域的信号上加上一个或多个同步触发器。这种方法用一个完整的时钟周期来解决第一级同步触发器的亚稳态问题(不包括第二级触发器的建立时间)。但是这种方式增加了观察同步逻辑输入的延迟。

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多级同步器的一个局限就是系统需要花费较长的时间去响应异步输入,解决这个问题的办法就是使用倍频时钟作为两个同步触发器的时钟输入。

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两种方法都不能保证同步器阻止

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