同期化回路とは

正解：C. 別々の発振器から作られ、周波数や位相の関係が決まっていないクロックどうし

同じ源から作られ、周波数の比と位相の関係が決まっているクロックどうしは同期クロックで、STAでセットアップとホールドを確認すれば通常の経路と同じように扱えます。別々の発振器のクロックは、どちらも 100 MHz と書かれていても実際にはわずかに周波数がずれていて、エッジの位置関係が時間とともに変わるので、いずれ必ずセットアップやホールドを満たせない瞬間が来ます。このような非同期のクロックの間はSTAでは保証できないので、同期化回路が必要です。

正解：A. メタステーブルが収まるのに使える時間が約1周期増え、MTBFは指数関数的に長くなる

同期化回路のMTBFは、おおよそ MTBF = e^(t_r/τ) ÷ (T_0 × f_clk × f_data) で表されます。t_r はメタステーブルが収まるのに使える時間、τ と T_0 はフリップフロップの特性で決まる定数です。段を1つ増やすと t_r が約1周期延びます。例えば τ = 20 ps で t_r が 1 ns 増えれば、MTBFは e^50 倍、つまり10の21乗倍以上に延びます。1段目がメタステーブルになる確率は変わりませんが、その先へ伝わる前に収まる確率が大きく上がるのです。