タイミング解析とCDC

同期化回路の受け側のクロック周波数を上げると、MTBFが短くなる。その理由として正しいものはどれか。

  1. Aクロック周波数を上げると、フリップフロップのセットアップ時間が長くなるから
  2. Bクロック周波数を上げると、送り側のデータが変化する頻度が下がるから
  3. C取り込みの回数が増えるうえに、周期が短くなり、メタステーブルが収まるまでに使える時間が減るから
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正解:C. 取り込みの回数が増えるうえに、周期が短くなり、メタステーブルが収まるまでに使える時間が減るから

MTBFの式では受け側のクロック周波数 f_clk が分母に入っていて、取り込みの回数に比例して危険な瞬間に当たる機会が増えます。さらに、収まるのに使える時間 t_r はおおむね周期から決まるので、周波数を上げると t_r が減り、指数の部分 e^(t_r/τ) が大きく減ります。例えば 500 MHz から 1 GHz にすると周期は 2 ns から 1 ns になり、MTBFは単純な2分の1よりはるかに大きく縮みます。高速なクロックで3段の同期化回路が使われるのはこのためです。

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