时钟域

同步电路（同步时钟域）：由同步时钟驱动的电路。

异步电路（异步时钟域）：电路中存在异步时钟的部分。

同步时钟：必然同源，其频率或相位有固定关系的时钟。比如时钟及其2/4/..分频时钟。

异步时钟：（不同源）

（1）两时钟频率不同，因而相位关系也是变化的，因此异步。

（2）两时钟频率相同，但由于不同源相位关系变化。—-（是因为不同源导致频率无法精确相同，其jitter变化不同，导致两时钟相位不同）

Q: 同源 有可能生成两个异步时钟吗？ A：应该不能..

D触发器的亚稳态

触发器原理

集成电路中常使用触发器对信号寄存，以D触发器为例，如下图所示。

…….D触发器图。

亚稳态的出现：

触发器要求D必须在建立/保持时间内保持稳定，且复位的释放要在移除/恢复时间之外。否则触发器输出将呈现亚稳态现象，即输出非"0"非"1"的信号值。

（1）输入D的建立/保持时间

当输入信号D 在时钟上升沿（默认上升沿为采样边沿）之前的建立时间内，或之后的保持时间内变化时，将导致输出Q产生亚稳态。

（2）复位rst的移除/恢复时间

当复位信号rst 在时钟上升沿（默认上升沿为采样边沿）之前的移除时间内，或之后的恢复时间内释放时，将导致输出Q产生亚稳态。

亚稳态的特点和危害

两个特点：（1）亚稳态的持续时间是不确定的。（2）亚稳态最终稳定到的状态是不确定的。 亚稳态的持续时间与工艺相关，也与实际芯片电路运行场景相关，受到轻微扰动后可能恢复稳定，扰动可能使其稳定到低或高电平。

亚稳态的危害：亚稳态可能传播到后续电路，导致电路震荡，产生毛刺，逻辑错误等灾难。…..

如何降低亚稳态概率

实际电路中，由于异步时钟域的存在，对于接受时钟域来说，其触发器的输入信号变化时间是不确定的，亚稳态是难以避免的。那么，应该如何降低亚稳态概率呢？

这里提出MTBF（Mean Time Between Failure，平均无故障时间），可看做一个触发器的MTBF。而亚稳态发生概率可认为是1/MTBF。

$MTBF=\frac{e(t_{\tau}/{\tau})}{Wf_ef_d}$

其中，参数..

对于系统级的亚稳态发生概率，可以理解为所有sync chain 的亚稳态发生概率之和。 因此由于短板效应，1/MTBF较大的sync chain将显著影响系统故障率。为了降低单条sync chain 亚稳态发生概率即提高MTBF，可从以下几个方面入手。

（1）减小Tw和Tc：使用更先进的器件。

（2）增加Tmet：

1. 增加sync chain 级数（即FF个数）
2. 优化的sync cell (减小Tsu，Tco)
3. Sync chain间线延时减少，时钟偏斜减少（减小Tskew和Tpath）
4. 避免sync chain间的scan等逻辑（减少Tpath）

Q: 亚稳态可以完全消除吗？ A: 不能，只能降低亚稳态概率。 由于MTBF只能设置成很大很大，而1/MTBF实际上永远是个大于0的数，即亚稳态发生概率必然不能为0，因此亚稳态不能被消除，只能通过降低其概率来避免实际电路运行时的亚稳态灾难。