大家一起来讨论下亚稳态的问题吧

asukatang

最近遇到了亚稳态的问题，绕不过去，还望大家指点一下，谢谢。
采用同步寄存器链的方法可以消除亚稳态，但是亚稳态最终稳定在0或者1上并不是由输入决定，它和各种因素有关，是个随机值。也就是说同步寄存器链对于亚稳态也不能保证逻辑上的正确。只能最大限度消除亚稳态的传递。是这样吗？

adamsogood

不对。如果你说的同步寄存器是指两个寄存器串联在一起，那么其输出是确定的。换句话说，输入是1，两个锁存之后，输出是1；输入是0，两个锁存之后，输出是0.

亚稳态是发生在第一个锁存器之后，第二个锁存器之后发生亚稳态的概率是几万年一次。

asukatang

回复 2# adamsogood

即使概率很小，但是也是会发生的吧。如果第一个寄存器采样发生了沿打沿的问题，出现了亚稳态。第一个寄存器输出值在一段时间内发生变化，但是这个值最后稳定在0还是1，恐怕是没法确定的吧。

rvnistelrooy

回复 3# asukatang

对的，从理论上来说，概率没有办法降到0，这里面有个概念叫平均失效时间（MTBF=1/FailureRate），和触发器本身的电气特性和器件工作频率有关，两级触发器同步可以使这个参数变得很大，使得出现亚稳态的概率大大降低。

更多可以看看这本书的第一章《The Art of Hardware Architecture》
   http://bbs.eetop.cn/viewthread.php?tid=345638&extra=&highlight=the%2Bart%2Bof%2Bhardware&page=1

挂在天边的鱼

你说的是对的，两级寄存器的作用主要是最大限度的消除亚稳态的传递，在第一级寄存器发生亚稳态时，第二级寄存器的输出是不确定的。所以单纯的用两级寄存器的方式处理亚稳态问题，需要保证信号脉冲周期比采样时钟周期大；

adamsogood

http://bbs.eetop.cn/thread-318374-1-1.html

这个讨论的很好。我也学习了。

下面是一段引用：
“有用的 亚稳态有个特点是可以传播。也就是说，如果只打一拍，那么很可能将一个不确定的状态传到logic的下一级。要是打两拍的话，第二拍出现亚稳态的概率将会非常的小，这样就会减少亚稳态的传播。
至于“经过resolution time之后Q端将稳定到0或1上，但是究竟是0还是1，是随机的，与输入没有必然的关系”，举个例子，如果原clk的data由0--->1，在第二拍DFF首次接收第一拍DFF的data的时候，可能接收到0，也可能接收到1.不过都没有关系。如果这时候接收到1，就说明catch到了新的data，如果这时候catch到了0，也没有关系，下一个clock肯定就会catch到1。做跨时钟的时候，就像楼上说的，要靠协议来保障提前或者落后catch新的数据应该OK，不会对logic造成影响.”

xiaojigao

回复 1# asukatang


    是的。
两级同步只能保证亚稳态不会继续传播下去，它只保证（或者说，基本上能保证）最终的逻辑值是稳定的，但是不能保证最终得到的逻辑值一定是正确的。

如果你的应用对这个错误比较敏感，那么可以采取别的方式加以处理，例如异步FIFO

asukatang

各位大侠，学习了，其实我还有一个观点，就是亚稳态出现时是因为跨时钟域的时序违例，也就是说，采到的这个数据本身是没有意义的，不管他是稳定在0还是稳定在1，都是没有意义的。这个东西从它出身就注定它是个异类，他就不属于逻辑正确和逻辑错误，他就是一个不一定。关键就是防止这个不一定传递下去。

hgd2zp

一个只存在于教科书上的问题，实际中很难碰到。

upsingmen

亚稳态要处理的是2个：
1）为防止亚稳态一级一级的传播下去，应该采用同步器。以降低产生亚稳态的概率
2）同步器虽然降低了亚稳态产生的概率，但是不能保证逻辑上输出正确的逻辑值。因此一般需要被同步的信号比同步器时钟周期要长，以保证在第二次采样时候能正确采到逻辑值。