現代的IC芯片包含豐富的觸發器，不同電路的時鐘驅動源存在頻率和相位的差異，因而出現了跨不同時鐘區域進行異步數據傳輸的要求。亞穩態問題是異步數據傳輸過程面臨的主要問題，本文提出多種跨越異步時鐘邊界傳輸數據的方法，它們包括FIFO?法和脈沖展寬處理等同步方法。PeterAlfke應用工程主管ilinx公司數字電路設計工程師偏好穩定、易于設計及仿真的同步單一時鐘系統，然而，有時也難免用到多時鐘。在電信和數據通訊領域，將數據由一種時鐘域傳到另一種時鐘域的情況很常見，這類設計要全面解決時序問題。兩種不相關時鐘并不一定會造成時序關系的混亂，雖然出現時序沖突的情況肯定不止一次，因此，在這種情形下，在異步邊界之間準確地傳輸數據至關重要。采用經驗證的設計技術可將存在問題的仲裁電路大幅減少，并且設計出可靠工作的電路。應遵循的設計原則盡管設計工程師偏好同步電路，但如果一個系統中存在多個時鐘，要確保時鐘邊界的設計成功，設計工程師就必須遵循若干重要原則：1.不要同時對一個以上的并行觸發器中的異步輸入進行同步處理。由于在同步觸發器窗口建立期間異步輸入經常會改變，而且給定的兩個觸發器不可能完全一致(即便在同一芯片內的觸發器)。這樣遲早會出現這樣的情況：當一個時鐘沿來臨時，一個觸發器輸入被當成“1”，而另一個觸發器被當成“0”。這種反常的情形會引起很多麻煩，因而需要將設計改為只使用一個時鐘同步觸發器。然而，即使采用單個同步觸發器也會出現邏輯異常現象，出現這種情形的可能性很小，但的確存在，因為當觸發器的主鎖存器接收的信號進入平穩狀態前，異步輸入在極短的建立時間窗口內發生改變，這樣觸發器就會進入亞穩態。觸發器即使進入亞穩態狀態，也會很快進入穩態。只要觸發器有幾納秒的建立時間，設計工程師就能解決這個亞穩態問題。因為輸入數據中時序不一致，所以采用何種方式讓觸發器穩定并不重要。亞穩態問題并非指輸出結果數據的不確定性，而是指輸出變化的時序不確定性。握手通信方式當并行數據通過時鐘域邊界時，采用什么辦法能夠解決穩定問題？傳統的處理辦法是生成一個標記，然后采用握手方式來處理(圖1)。當發送電路要發送并行數據時，它會在READY信號上產生一個上升沿，即在觸發器F上設立標記告訴接收電路發送數據已經準備就緒。接收電路將持續掃描觸發器F，當檢測到標記變為高電平時便接收穩定的并行數據，然后產生用于設置觸發器A的ACK上升沿。它使觸發器F復位，然后觸發器F使觸發器A復位。這種獨特的設計不考慮傳輸和接收之間任意相位及頻率的關系，這通常要求在兩個觸發器之間的設計采用合理的約束競爭條件。在觸發器F和觸發器A復位期間，可以把一個合理的環路延遲插入。在某些特殊設計中，這種延遲可在發送期間，也可以在接收期間插入。這種傳統的握手通訊方式要求通訊雙方檢測標記F的狀態。發送電路只能在F為低電平時才改變并行數據，而接收電路只能在F為高電平時接收數據，這種方式雖然安全但數據傳輸率低。然而，還能找到在異步時鐘邊界更快地傳輸數據的其它方法。當接收時鐘比輸入數據的變化快得多時，就要對帶有接收時鐘的異步字進行雙倍緩存，并在兩個寄存器中對數據進行識別校驗(圖2)。削同樣冠，如繪果在蛛接收布時鐘蜻之前誦或在霧接收鋼時鐘神周期羨內，放異步孩數據樹時序績未發蔽生變傳化，擱則兩清個寄垂存器腸里都姻保存慢相同濾的有掉效數甘據。那識別盜比較軍器也西可用羨作跳壞變檢戶測器惱，因價為在垮異步揚數據而發生融變化士時它堆會停醫止工萄作。抱沃如果火異步繁數據叛是二嘗進制通計數孝器，煌這種興雙倍冒緩存滴電路沖甚至棗可用啊來處揭理與賴讀時到鐘周釋期速暖度同案樣快村的計灘數器叔的變份化。艘要修從正識鑼別比額較器陪使其炎能接氣受識陡別數羊據。乖如前球所述史這種夜電路枕能拒錦收計瓣數器免跳變湯時可頂能俘旁獲的閑錯誤爸數據漲，但蹈允許輛讀取理電路壇在一邀個計如數器但時鐘責周期熟后開死始讀貪操作概，此尚外，剝改變矩比較另器窗狹口也幼能增抖加這絨種容蠢錯性礎。鋤向F滴IF烘O輸東入數撐據廟當接早收時覆鐘偶堅爾要舒讀取艦比讀漿取時砍鐘周廚期變代化更兩快的悟異步逗數據條時，顏就必州須插霧入一辜個異械步先黨進先心出(腦FI橡FO脈)存宅貯器度作為販一個爐彈性盈緩存笨，該粱FI華FO澇存貯至器由湖配備擠獨立爸的讀量、寫男地址初計數熱器的飲雙口剝RA擠M和爭數據糧端口井組成諒。雙幅口R壤AM撤和F膨IF見O存濾貯器糖的專芳用I夏C很憑多，內在F世PG需A(技如X粘il查in洲x的潑Vi姥rt特ex熊)中博也嵌妄入了堡雙口婚RA猛M。保FP手GA蓬雙口突RA辭M深報度從索16弟位(筍用查訴表邏旨輯實項現)都到2馳56驚位甚聯至4貢09耗6位租(由口片上廳Bl軋oc玩kR潔AM贏實現隊)，扣輸入鈴和輸暴出的視時鐘窮頻率扣遠遠誠大于乘10它0M館Hz與。寨真正放雙端英口存擋貯器鑒的每樂個端鮮口的盲工作師相互假獨立戀。寫臥入端符采用奴連續隔的寫衣入時折鐘并昆通過化激活輕WR配IT墻E帶EN沉AB緒LE棒端來愛寫入干數據賠。讀探取端嗎采用隨連續鍋的讀耗取時翁鐘并妻通過阻激活住RE撤AD告E泛NA溉BL讀E端量來讀武取數味據。元為了漲避免圍出現梁解碼頓差錯趕，建橡議兩叼個端額口都捕采用液格雷座碼尋懸址方街式。叔在F抓IF束O中鍋，如亭果兩增個端梳口采粘用相博同序他列，魄那么筐地址算代碼翻序列除是不綁相關思的。陣因為穩在任殃意的暈跳變膨中只孝有一長個位重改變袖，格啦雷碼俊特別陳適合廢于時項鐘域村邊界軋的數歇據傳困輸。割尋空狀況態運法行警在真本實的程雙端柔口存承貯器濾中，進每個劑端口床都在鋸其各永自的則時鐘朋域中迫同步鐵工作淡。兩星個時史鐘域哭只有麗在F紗UL竭L和隙EM守PT并Y等慰極端烏狀態踏下才揀進行墻相互洪通訊術，因淺而需襖要特妹別注圾意這殃兩種隙標記彎。更儉確切擴地說從，因套為前拒沿都懲是同郵步信謊號，奔難以五控制顧的僅盯僅是尤這些呆信號凳的后疊沿。建凡寫操臣作時響FU向LL嬌有效膛，這贊樣信員號前芳沿就強與寫鴉入端宅口同雄步，符這是速唯一針要用型到標來記的此端口拖。讀果操作聾時E緩MP擾TY燦有效級，這凳樣信姻號前白沿就汗與讀鐮端口土同步拖，這家也是倍唯一度要用蝦到標禾記的哭端口央。只恰有這豎兩個光標記校的后駕沿需副要跨趟過兩賽個時惹鐘域質。幸般運的扁是，則即使滲是高弊速系貍統也烘允許稿FU財LL休和E風MP彎TY偷的后使沿存細在一塑定的催同步章延遲涌，這販種延腦遲僅玉會減棉慢特災殊情甘況出系現后蘋系統順重啟旨動的恢速度帖。瞎通常盛，F停UL閥L和獎EM閑PT欣Y的桌兩種睜極端真情形瘡可通是過相峰同的棟條件瞎，即懲寫入躍和讀負取地牛址的灶等價具性來番表示米。區艷分兩每者的涉一個娘簡單槽方法拉是通井過比謎較兩也個計鐘數器窮中最他重要叉的兩畜個地拾址位咱來設沫置或秩清零社兩者魚共用寫的一婦個鎖兵存器餃。可農以把天地址蛋計數存順序棵用環記形圖吹來表惹示，倉二進偶制及購格雷毅碼中籍的兩據個最覆大位醬(M令SB職)表偶明了豬每個扛計數燒器的膨地址挨象限遍。四蹤個位吊解碼染構成西兩個督查找塞表，膀根據把兩個濤計數羅器的熊兩個搶MS圣B的拾16章種不折同的治組合剪，可嚼以確護定兩沙個計項數器孩之間嗎的象姑限距伯：灰四位備碼代捆表寫象入計抹數器負緊鄰修讀取弓計數探器后高面的刊象限腔，解盜碼為純“可知能將其變為蜜FU匪LL顆”，高并設三置D禁IR亭EC可TI終ON奶鎖存區器為他“1綢”；哪擺另外轎四位梁碼代遇表寫抽入計準數器塑緊靠廚在讀形取計蔑數器月之前流的象灰限，家解碼矮為“是可能淋變為漏EM辭PT朋Y”頓，將嚇DI慧RE音CT輸IO碑N鎖炭存器裙清零痕；筒其他肺四位掉碼代蛛表讀快取和叔寫入摟計數右器位祝于同絮一象趟限，撐最后貌四位趴碼則養表明石它們決位于急相反秘的象竊限。凳這八梳個代交碼不珍能為畢DI仿RE錄CT鋒IO丙N鎖輛存器毒提供紫有用役的信彩息，地因而保可以睜忽略量。貫脈沖志前沿白誰先馳出現也？衣在真脖正的落FU蹦LL銅和E繪MP占TY福條件殘發生浸前，凍DI巷RE啦CT笨IO命N鎖雀存器丟就已蜘經穩輔定，耍因而葡DI材RE防CT固IO叉N鎖摘存器襪的輸萌出可貞用于雷把地烏址識棟別比碰較器籮輸出獸變為案FU啦LL忍輸出朵信號錄或E壽MP橋TY應輸出餓信號呀。如舅前所投述，后這些潑信號鳳的前汗沿與聰利用季這些捕前沿投的時蜻鐘域兔本身骨是同層步的辭。在懶寫入間時鐘拜建立淘期間憂，不閥能出槍現經籮讀取鑼時鐘掌初始密化的或FU睬LL丙信號日后沿魔，最竹容易配的辦屢法是坦在時喊鐘上煩升沿嘴展寬腦FU秘LL刺信號辨使其級在寫填入時徒鐘的相低電樹平期益間不反進入種無效堅狀態檔。爆當鎖僵存器雞在寫富入時它鐘的夜下降禮沿正陷好準慕備鎖侵存時癢，如燦果F右UL朱L信墊號在聯極小割時間面窗口割內終柜止，務這時衫依然坊可能魚進入桂亞穩刻態。抄大部宵分情紫況下憤，亞支穩態廚輸出綢可在賤下一鳳個寫嘗入時耽鐘的不上升她沿來寧到之秩前變兩為穩單態。店如果次用戶宜仍然投對這不種混辛亂感下到擔年心，困FU停LL斷信號鏈可展公寬為貫大于舅整個碰寫入努時鐘俘周期停，從墻而完抹全消慈除亞摔穩態虛錯誤災。號也可清以讓良觸發街器產院生脈幼沖后嗽沿與閣寫入火時鐘虹同步治的F煌UL支L信幅號(池圖3章)，近EM畝PT灰Y信繳號也旨是對裂稱的濕，并御且以稀類似俯的方壞式展現寬或坊做同腐步處衡理。抽數這些鍋設計紡假定枝讀取宋和寫順入時查鐘處僚于自封由運登行狀梳態，存由各御自的討使能典信號執觸發公。如治果沒踢有自象由運仆行的秀讀時膚鐘，場該設棵計會核通過紛一個處有效倉的E遭MP筑TY刻-S倦TR朝ET愚CH襪ED經輸出巡來鎖拾定，提EM濁PT增Y-范ST勸RE炭TC豆HE烈D輸臣出要士在讀哭取時忌鐘的奔高電饒平上卷結束俊。如揭果時哄鐘不淡能自宣由運鹿行，返EM燥PT跳Y-搜ST璃RE產TC和HE憐D輸兩出就鳴將中欲斷外非部決屠策邏覽輯電再路以語防止支讀取鵲時鐘睬變高拉。這者樣甚恐至在付數據賺已寫著入到盤FI荷FO翼，E那MP永TY廳-S件TR賀ET媽CH還ED宰仍保種持有固效狀磁態，暢同樣繪，如慕果沒啄有自儀由運迷行的覆寫入功時鐘叢，F飼UL副L-罪ST儉RE嫌TC犯HE熄D的須行為海也類稈似。臣由相普應的濃使能饅信號抬激活凳的可繭自由崗運行棗的時魯鐘就耗可以差避免吳出現辟這些易問題蔥(圖居4)體。芒小型父FI防FO悔可通氧過1章6位渡Se恰le她ct止RA哪M實鄉現，湊更深獵的F難IF遣O可飯用V茅ir廈te摟x的介Bl鈔oc債kR燒AM烘實現秀。典描型的必深度移為2喊56細位，益n倍龍16紫位寬繼FI主FO序只需設n+存1個隱Bl青oc組kR流AM嬌加上杠三個舊邏輯筑電路角模塊內(C朽LB蹈)。包n個矛Bl輝oc圖kR銷AM團可作雖為具肆有獨淹立的復讀、回寫端慰口的搖雙口逗25笨6×外16扁的R才AM圈，每上個都你配備紹自身謹的時素鐘和泥時鐘窮使能綢信號機。附俗加的三一個壯Bl何oc掏kR海AM豐作為帖雙口雜RO槍M查捷找表筑用于沃格雷藥碼地撈址序案列的錫查找遍，因撞此，揀它可呼作為挨對數策據B甚lo補ck筑RA資M直寺接尋螞址的艘標志常輸出鋼的讀靠、寫越地址勁計數紋器。伏與傳比統邏筐輯電賠路相嫌比，東在R難OM典中生茶成格巾雷碼奧地址灘速度姻更快貪，方洪法也皮更簡朝單。盤夜DI及RE魚CT蝴IO問N鎖槽存器浮、地吵址識滋別比齊較器膨以及專上述耕擴展陸電路伶可通厚過三籌個C稍LB難來實滴現。港FI存FO消可以貼跟時暮鐘頻銹率超知過1厭00挎MH璃z的兼兩個流異步辰端口逐協同肚工作努。由諸于用怨作地慶址計候數器量的雙粒口R鵝OM款每側啟都還肉有另瓦外8用個輸滾出可唇用，爭這些成輸出滲用做砍預查叫詢地襪址，拔從而憶有可嘗能提呼前一捎個時薦鐘周糟期對料FU縮LL猶和E壯MP柴TY凈解碼仿，并火對它以們進聰行管承線操炊作，遭這種遺方法燕使工室作頻腫率接殺近固漫有的框20參0M盈Hz破B鼻lo性ck宅RO調M時臨鐘頻悠率。捐花本文秒總結行無論戚什么跪時