(3)跨時鐘域設計

数字ic新人發表於2024-06-03

一、同步電路

  優點:EDA工具能夠保證電路的時序收斂,有效避免了電路設計中的競爭冒險現象;觸發器只在始終邊沿取值,很大程度上減小了電路受毛刺和噪聲的影響

  缺點:觸發器距離時鐘原點的不同,產生了時鐘偏斜

二、全域性非同步設計

  非同步電路指設計中存在兩個及以上的時鐘,且時鐘是同頻不同相或不同頻率的關係

  優點:對訊號延遲不敏感,沒有時鐘偏斜等問題,具有低功耗特性,潛在的高效能特性

  缺點:設計複雜;沒有相應的EDA工具支援;在大規模積體電路中應避免非同步電路的設計

  時鐘的同非同步是針對時鐘源點而言,對於從同一個PLL出來的兩個時鐘,其相位和倍數都是可控的,因此為同步時鐘;若兩個時鐘從不同的PLL出來,即使頻率相同也為非同步時鐘,因為他們的相互關係是不可控的

三、跨時鐘域問題

  1.亞穩態

  2.雙鎖存器法

  增加暫存器進行同步的方法只是不斷降低亞穩態出現的機率,而沒有解決亞穩態的問題

  3.單bit時鐘跨時鐘域傳遞

  慢到快:邊沿檢測同步器

  圖中clk1是一個慢時鐘,clk2是快時鐘,時序中的input即電路中的data,是clk1慢時鐘域的一個脈衝,經過clk2兩級同步後為A訊號,B訊號比A訊號晚一個時鐘週期,經過邏輯閘相與,得到最終訊號output,該電路將慢時鐘域下一個電路脈衝搬移到快時鐘域下一個電路脈衝

  快到慢:脈衝同步器

  由於慢時鐘直接取樣快時鐘域的脈衝可能取樣不到,因此透過翻轉電路標定快時鐘域下間隔較多週期的兩個脈衝,形成圖中toggle波形,這樣在慢時鐘域就可以先將toggle訊號同步,形成ab兩個訊號波形,然後使用異或邏輯閘對ab訊號進行操作,就可以得到慢時鐘域下兩個有效的單週期脈衝

相關文章