什麼是時脈域

以相同時脈,或頻率與相位關係固定的時脈驅動的正反器集合。在彼此非同步的時脈域之間傳遞訊號時,需要同步器。

日文名稱: クロックドメイン

「時脈域」出現在1領域的11道練習題中(時序分析與CDC等)。

非同步FIFO的架構 寫入端(wclk) 讀取端(rclk) 雙埠RAM 以兩個時脈讀寫 寫入資料 寫入指標 轉為格雷碼 讀取資料 讀取指標 轉為格雷碼 二級同步 判斷empty 二級同步 判斷full 格雷碼指標 格雷碼每次加1只會改變1個位元
非同步FIFO的架構 · 在圖解集中查看

這個名詞所屬的領域: 時序分析與CDC

練習時脈域的題目

在兩個時脈域之間的路徑中,需要同步器的是哪一種?

  1. A由同一PLL產生的 400 MHz 時脈,與將其二除頻後的 200 MHz 時脈之間
  2. B將同一時脈以時脈樹分送到兩個區域的時脈之間
  3. C由不同振盪器產生、頻率與相位關係不固定的時脈之間
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正確答案:C. 由不同振盪器產生、頻率與相位關係不固定的時脈之間

由同一來源產生、頻率比與相位關係固定的時脈之間為同步時脈,只要以STA確認建立時間與保持時間,就能與一般路徑同樣處理。不同振盪器的時脈即使都標示為 100 MHz,實際上頻率也有些微差異,邊緣的位置關係會隨時間改變,因此遲早一定會出現無法滿足建立時間或保持時間的瞬間。這類非同步時脈之間無法以STA保證,因此需要同步器。

不可將發送端時脈域中組合電路的輸出直接送入接收端同步器的理由,何者正確?

  1. A接收端可能將組合電路輸出上瞬間出現的突波,當作有效值取入
  2. B組合電路的輸出電壓較低,接收端的正反器不會反應
  3. C取入組合電路的輸出必定會成為亞穩態
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正確答案:A. 接收端可能將組合電路輸出上瞬間出現的突波,當作有效值取入

在同一時脈域內,突波會在下一個時脈邊緣之前消失,因此不成問題。但以非同步時脈取入時,無法得知邊緣何時到來,因此可能取入在應為0的訊號上瞬間出現的1脈衝。因此原則上,跨越時脈域的訊號應直接從發送端正反器的輸出送出。亞穩態並非每次都會發生,CDC驗證工具也會對同步器前方的組合電路發出警告。

解析中的「時脈域」

出現「時脈域」的題目(11題)

  1. 在兩個時脈域之間的路徑中,需要同步器的是哪一種?
  2. 不可將發送端時脈域中組合電路的輸出直接送入接收端同步器的理由,何者正確?
  3. 對4位元資料的各位元分別加上2級同步器,傳到另一個時脈域。當資料從 0111 變為 1000 時,可能發生的問題何者正確?
  4. 將多位元資料安全地傳到另一個時脈域的方法,何者正確?
  5. 將在 500 MHz 時脈域中只有1個週期(2 ns)為1的脈衝,以2級同步器傳到 100 MHz 時脈域。可能發生的問題何者正確?
  6. 為了以同步器將位準訊號確實從 400 MHz 時脈域傳到 100 MHz 時脈域,希望訊號寬度達到接收端時脈週期的1.5倍以上。以發送端的時脈計算,最少應為幾個週期的寬度?
  7. 以翻轉同步將脈衝從快速時脈域傳到慢速時脈域時,下列限制何者正確?
  8. 以交握進行時脈域間資料傳輸的缺點,何者正確?
  9. 在非同步FIFO中,將寫入指標與讀取指標轉換為格雷碼後,再同步化到對方時脈域的理由何者正確?
  10. 將來自同一發送端時脈域的2條控制訊號,分別以不同的2級同步器接收,並在接收端做AND後使用。此設計的問題點何者正確?
  11. 對非同步FIFO中將格雷碼指標傳到對方時脈域的路徑,若因為是非同步就不加限制(偽路徑),可能產生問題的理由何者正確?

相關名詞

同步器(Synchronizer) 亞穩態 格雷碼 交握(Handshake) STA(靜態時序分析) 保持時間 組合電路 突波(Glitch) 正反器 偽路徑(False path)

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