Verilog基础知识（亚稳态和跨时钟域的同步电路）

亚稳态

锁存器出现亚稳态
（1）在其中一个输入端输入的脉冲太短。
（2）两个端口输入同时有效，或两输入有效相差足够短。
（3）在使能输入的边缘处，输入信号不稳定。

触发器出现亚稳态
（1）建立/保持时间内输入信号不稳定。
（2）时钟脉冲太窄。
（3）异步信号对时钟有效沿是随机的，易产生亚稳态。异步信号包括：不被时钟控制的信号；或被不同时钟域的时钟同步的信号。

触发器进入亚稳态的时间可以用参数MTBF（Mean Time Between Failures）来描述，MTBF即触发器采样失败的时间间隔，表示为：

其中fclock表示系统时钟频率，fdata代表异步输入信号的频率，tmet代表不会引起故障的最长亚稳态时间，C1和C2分别为与器件特性相关的常数。如果MTBF很大，就认为这个设计在实际工作中是能够正常运行的，不会因为亚稳态导致整个系统的失效。

亚稳态的处理方法
（1）亚稳态不能避免。
（2）尽可能降低亚稳态的影响。
（3）高速数字电路依赖于同步器产生的从亚稳态事件中恢复的缓冲时间。

常见的同步电路解决方案
（1）两级DFF（传单信号）
（2）FIFO（传有一定位宽的信号bus）
（3）握手信号（对于FIFO的深度要求比较大，需要引入握手信号）

总结一下

1、有关系的时钟之间传单bit数据，理论上只需要源数据保持足够长的时间（clk2的两个周期）即可；
2、无关系的时钟之间传单bit数据，必须要使用同步器；
3、不管有无关系的时钟进行单bit传输，脉冲同步器都可以解决这个问题；
4、多bit传输只能使用握手机制或者异步fifo；
5、低频采高频，为防止数据不丢失，应当让源数据变慢，多保持一些周期；高频采低频则不需要，但是高频采低频得到的结果可能带有很多冗余。

下面主要讲应用于传输的异步信号是单信号时常用的两级DFF方案。

同步电路

跨时钟域传输信号主要引起的问题就是亚稳态。处理跨时钟域的数据有单bit和多bit之分，而打两拍的方式常见于处理单bit数据的跨时钟域问题。打两拍本质就是定义两级寄存器对数据进行延拍。流程如下图所示：