Nederlands
Menu

Wat is Synchronisator?

Schakeling die een asynchroon signaal uitlijnt op de ontvangende klok. De basisvorm bestaat uit twee flipflops in serie, wat de kans vergroot dat metastabiliteit in de eerste trap is opgelost vóór de volgende flank.

Japanse benaming: 同期化回路

“Synchronisator” komt voor in 11 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Timinganalyse en CDC.

Synchronisator met twee flipflops Klokdomein zender Klokdomein ontvanger FF zender FF1 FF2 Async Direct Gesync. uitgang Klok zender Klok ontvanger Metastabiel? Klok ontvanger Uitgang FF1 Instabiel Uitgang FF2 ca. 1 periode Stabiliseert FF1 vóór de volgende flank, dan krijgt FF2 de juiste waarde
Synchronisator met twee flipflops · Bekijken in het figurenoverzicht

Vakgebied: Timinganalyse en CDC

Nu oefenen: vragen over Synchronisator

Voor welk pad tussen twee klokdomeinen is een synchronisator nodig?

  1. ATussen een klok van 400 MHz uit een PLL en de klok van 200 MHz die daaruit door deling door 2 ontstaat, uit dezelfde PLL
  2. BTussen klokken die uit dezelfde klok zijn verkregen door die via de klokboom over twee gebieden te verdelen
  3. CTussen klokken die door afzonderlijke oscillatoren worden opgewekt en geen vastliggende frequentie- of faserelatie hebben
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Tussen klokken die door afzonderlijke oscillatoren worden opgewekt en geen vastliggende frequentie- of faserelatie hebben

Klokken uit dezelfde bron met een vaste frequentieverhouding en faserelatie zijn synchrone klokken; ze kunnen net als gewone paden worden behandeld door met STA setup en hold te controleren. Klokken van afzonderlijke oscillatoren wijken, ook als bij beide 100 MHz staat, in werkelijkheid licht in frequentie af, en de onderlinge ligging van de flanken verandert in de loop van de tijd, zodat er onvermijdelijk een moment komt waarop niet aan setup of hold kan worden voldaan. Tussen zulke asynchrone klokken kan STA niets garanderen, dus is een synchronisator nodig.

Hoe verandert de gemiddelde tijd tussen storingen door metastabiliteit (MTBF) juist als een synchronisator met 2 flip-flops wordt uitgebreid tot 3 trappen?

  1. ADe tijd die beschikbaar is om de metastabiliteit te laten uitdoven neemt met ongeveer één periode toe, en de MTBF wordt exponentieel langer
  2. BDe MTBF wordt evenredig met het aantal trappen 1,5 keer zo groot
  3. CHoe makkelijk metastabiliteit optreedt, wordt aan de ingangskant bepaald, dus de MTBF verandert niet
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. De tijd die beschikbaar is om de metastabiliteit te laten uitdoven neemt met ongeveer één periode toe, en de MTBF wordt exponentieel langer

De MTBF van een synchronisator wordt bij benadering gegeven door MTBF = e^(t_r/τ) ÷ (T_0 × f_clk × f_data). Hierin is t_r de tijd die beschikbaar is om de metastabiliteit te laten uitdoven, en zijn τ en T_0 constanten die door de eigenschappen van de flip-flop worden bepaald. Een extra trap verlengt t_r met ongeveer één periode. Neemt t_r bijvoorbeeld bij τ = 20 ps met 1 ns toe, dan wordt de MTBF e^50 keer zo lang, oftewel meer dan 10^21 keer. De kans dat de eerste trap metastabiel wordt verandert niet, maar de kans dat de toestand uitdooft voordat hij verder doorloopt, neemt sterk toe.

“Synchronisator” in de toelichting

Vragen met “Synchronisator” (11)

  1. Voor welk pad tussen twee klokdomeinen is een synchronisator nodig?
  2. Hoe verandert de gemiddelde tijd tussen storingen door metastabiliteit (MTBF) juist als een synchronisator met 2 flip-flops wordt uitgebreid tot 3 trappen?
  3. Als de klokfrequentie aan de ontvangende kant van een synchronisator wordt verhoogd, wordt de MTBF korter. Wat is de juiste reden?
  4. Welk aandachtspunt voor de verbinding tussen de eerste en de tweede trap van een synchronisator met 2 flip-flops is juist?
  5. Wat is de juiste reden waarom de uitgang van combinatorische logica in het verzendende klokdomein niet direct op de synchronisator aan de ontvangende kant mag worden aangesloten?
  6. Elke bit van 4-bit data krijgt een eigen synchronisator met 2 trappen en wordt zo naar een ander klokdomein doorgegeven. Welk probleem kan juist optreden als de data van 0111 naar 1000 verandert?
  7. Een puls die in een klokdomein van 500 MHz één cyclus (2 ns) lang 1 is, wordt met een synchronisator met 2 trappen doorgegeven aan een domein van 100 MHz. Welk probleem kan juist optreden?
  8. Om een niveausignaal betrouwbaar met een synchronisator van een domein van 400 MHz naar een domein van 100 MHz door te geven, moet de breedte van het signaal minstens 1,5 keer de klokperiode aan de ontvangende kant zijn. Hoeveel cycli van de verzendende klok moet de breedte minimaal zijn?
  9. Twee stuursignalen uit hetzelfde verzendende domein worden elk met een eigen synchronisator met 2 trappen ontvangen en aan de ontvangende kant met een AND gecombineerd. Wat is juist het probleem van dit ontwerp?
  10. Wat is bij een 4-fasen-handshake met req en ack de juiste volgorde van de signalen bij het doorgeven van één data-item?
  11. Wat is de juiste reden waarom controle met een CDC-verificatietool nodig wordt geacht, ook als STA en RTL-simulatie worden uitgevoerd?

Verwante termen

Metastabiliteit MTBF (gemiddelde tijd tussen storingen) Klokdomein Handshake STA (statische timinganalyse) Gray-code Glitch Numerieke apertuur (NA) Asynchrone FIFO RTL (register transfer level)

Naar de woordenlijst