前面提到了簡單的雙電平鎖存器，下面是一些單bit同步電路。

一、慢時鐘域向快時鐘域

邊沿檢測同步器

將慢時鐘域的脈沖搬移并縮小為快時鐘域的脈沖。

既可以檢測上升沿，也可以檢測下降沿。

如上圖，慢時鐘下一個有效脈沖的最短周期為慢時鐘的一個周期，站在快時鐘的角度下，這個慢時鐘域的信號會在快時鐘域下持續很多個周期。實際上，這個脈沖在慢時鐘域只發生了一次，所以如果用快時鐘去檢查有效脈沖的翻轉邊沿是最準確的。邊沿上升與下降也只有一次。

適用條件：data_width>clk_fast+T_hold,最安全的就是兩個同步周期長度。這樣才能保證慢時鐘域的脈沖足夠保持到被快時鐘的同步器采樣到。

其verilog代碼如下：

二、快時鐘域向慢時鐘域

脈沖同步器

從快時鐘域的取出一個單時鐘寬度脈沖，在慢時鐘域建立新的單時鐘寬度脈沖。

?

圖中陰影部分為快時鐘域下的翻轉電路。

由于在慢時鐘域下直接采樣快時鐘域的信號，很大概率會采樣失敗。因此，我們采用翻轉電路對有效脈沖進行標定。

適用條件：輸入脈沖間隔>=2*clk_slow。輸入脈沖相隔過近，則慢時鐘域的新脈沖也緊密相鄰，結果是輸出脈沖比一個時鐘周期寬；如果太近，則無法檢測到每一個脈沖。

其verilog代碼如下：

針對此脈沖同步器出現的問題：源時鐘域中的第一個脈沖和第二個脈沖間隔過短，第一個脈沖未完成同步，第二脈沖又將狀態清空，導致最終脈沖同步丟失。我們引入握手機制進行解決，思路如下：

（1） 同步請求產生；當同步器處于空閑（即上一次已同步完成）時，源同步脈沖到達時產生同步請求信號sync_req;

（2） 同步請求信號sync_req同步到目的時鐘域，目的時鐘域產生脈沖信號并將產生應答信號sync_ack；

（3） 同步應答信號sync_ack同步到源時鐘域，源時鐘域檢測到同步應答信號sync_ack后，清除同步請求信號；

（4）?目的時鐘域檢測到sync_req撤銷后，清除sync_ack應答；源時鐘域將到sync_ack清除后，認為一次同步完成，可以同步下一個脈沖。

verilog代碼如下：

module HANDSHAKE_PULSE_SYNC(src_clk , //source clock src_rst_n , //source clock reset (0: reset)src_pulse , //source clock pulse insrc_sync_fail , //source clock sync state: 1 clock pulse if sync fail.dst_clk , //destination clock dst_rst_n , //destination clock reset (0:reset)dst_pulse //destination pulse out);//PARA DECLARATION//INPUT DECLARATION input src_clk ; //source clock input src_rst_n ; //source clock reset (0: reset) input src_pulse ; //source clock pulse ininput dst_clk ; //destination clock input dst_rst_n ; //destination clock reset (0:reset)//OUTPUT DECLARATION output src_sync_fail ; //source clock sync state: 1 clock pulse if sync fail. output dst_pulse ; //destination pulse out//INTER DECLARATION wire dst_pulse ; wire src_sync_idle ; reg src_sync_fail ; reg src_sync_req ; reg src_sync_ack ; reg ack_state_dly1 ; reg ack_state_dly2 ; reg req_state_dly1 ; reg req_state_dly2 ; reg dst_req_state ; reg dst_sync_ack ;//--========================MODULE SOURCE CODE==========================--//--=========================================-- // DST Clock : // 1. generate src_sync_fail; // 2. generate sync req // 3. sync dst_sync_ack //--=========================================-- assign src_sync_idle = ~(src_sync_req | src_sync_ack );//report an error if src_pulse when sync busy ; always @(posedge src_clk or negedge src_rst_n) beginif(src_rst_n == 1'b0)src_sync_fail <= 1'b0 ;else if (src_pulse & (~src_sync_idle)) src_sync_fail <= 1'b1 ;else src_sync_fail <= 1'b0 ; end//set sync req if src_pulse when sync idle ; always @(posedge src_clk or negedge src_rst_n) beginif(src_rst_n == 1'b0)src_sync_req <= 1'b0 ;else if (src_pulse & src_sync_idle) src_sync_req <= 1'b1 ;else if (src_sync_ack)src_sync_req <= 1'b0 ; endalways @(posedge src_clk or negedge src_rst_n) beginif(src_rst_n == 1'b0)beginack_state_dly1 <= 1'b0 ;ack_state_dly2 <= 1'b0 ;src_sync_ack <= 1'b0 ; endelsebeginack_state_dly1 <= dst_sync_ack ;ack_state_dly2 <= ack_state_dly1 ;src_sync_ack <= ack_state_dly2 ; end end//--=========================================-- // DST Clock : // 1. sync src sync req // 2. generate dst pulse // 3. generate sync ack //--=========================================-- always @(posedge dst_clk or negedge dst_rst_n) beginif(dst_rst_n == 1'b0)beginreq_state_dly1 <= 1'b0 ;req_state_dly2 <= 1'b0 ;dst_req_state <= 1'b0 ;endelsebeginreq_state_dly1 <= src_sync_req ;req_state_dly2 <= req_state_dly1 ;dst_req_state <= req_state_dly2 ;end end//Rising Edge of dst_state generate a dst_pulse; assign dst_pulse = (~dst_req_state) & req_state_dly2 ; //set sync ack when src_req = 1 , clear it when src_req = 0 ; always @(posedge dst_clk or negedge dst_rst_n) beginif(dst_rst_n == 1'b0)dst_sync_ack <= 1'b0;else if (req_state_dly2) dst_sync_ack <= 1'b1;else dst_sync_ack <= 1'b0; endendmodule

三、對比

總結

以上是生活随笔為你收集整理的跨时钟域电路设计——单bit信号的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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