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降低亚稳态带来的危害

一个良好的设计必须有好的容错能力,让设计对亚稳态不敏感。如果亚稳态出现,触发器生产,至少要有能力恢复。

1. 状态机如果有异步信号输入,一定要多拍处理异步信号,并且使用安全状态机,任何情况下不可以让状态机挂死在不良状态。

2. 异步接口不可能做到准确地定时,触发器,在预算精度时,必须容忍 /-1拍的延长。

3. 异步FIFO两个时钟域的地址交互时,使用格雷码计数器并多拍处理, 可减低对亚稳态的敏感.

4. 能用低的频率实现的功能,不要用高的频率。频域较高时,触发器厂家,要用三拍或者更多的触发器来降低亚稳态的危害。

5. 较陡的信号边沿(包括数据和时钟)有利于降低发生亚稳态的概率。


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多说一点,为了处理亚稳态,触发器灯管,识别异步信号需要的时间就较长(2拍或者更多),这就是目前流行的同步设计的代价。异步设计较好的解决了这个问题,异步设计靠硬件握手机制来反馈什么时候识别成功。有兴趣的朋友可以了解一下一个新兴的FPGA公司Achronix。

作为对比,我们看看图5中的wrong method. 触发器在接收异步信号后,产生了亚稳态。由于经过了组合逻辑和走线的延长,亚稳态传播到目的寄存器的时间*很多。这种情况下,只有在很低速的时钟频率时,第二拍触发器才可以避免亚稳态。因此是不正确的处理方法。


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