FPGA异步时钟处理方法 触发器, 可靠性, 而且

pengpengpang

1. 如果FPGA设计中包含不同频率的时钟，就会涉及异步时钟的问题。我们需要一些方法来使得时钟同步，从而保证FPGA设计的可靠性。
2. 在建立和保持时间所构成的有效时间窗口内，数据输入到触发器进行转换。如果数据的到达时间不满足建立或者保持时间就会产生时序冲突。此时触发器的输出就有可能停留在非逻辑0 或1 的范围内（这个状态叫做准稳态），从而造成逻辑错误。
3. 如果异步时钟的相位不能够完全对齐就有可能引起2中所述的故障，而且这种故障是不可再现的，也无法通过仿真发现。
4. 解决方法，即时钟同步问题：
a， 相位控制，通过PLL（锁相环）DLL（延时锁相环）使得两个异步时钟的边沿对齐。
b, 双跳技术（双触发器技术），在可能引起准稳态的触发器后增加一级触发器，从而消除准稳态的影响。如图所示：


c， FIFO结构，解决异步时钟的问题的最有效方法是采用先进先出的队列结构，它通常由双口RAM来实现。


格雷码通常用在FIFO结构中进行异步时钟间的多位计数传递，对于格雷码每次只改变一位，可以消除多位计数器在异步时钟传递过程中未同时被改变的问题。
大多数现代的FPGA都集成了FIFO核，从而方便设计者使用。
5. 同步寄存器应该分割成独立的外部模块，如下图所示：