杂谈：跨时钟域(CDC) - 如何让信息可预测

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什么是CDC

数字电路是以时钟为核心的电路。

在一个时钟下各部分的行为是可以预测的。

在多个时钟下，如何让各部分的行为能够可预测。

解决这个问题就靠CDC(Clock Domain Crossing）。

怎么CDC

在不同时钟之间可预测的传递信息就叫CDC。

可预测的要求是：

信息何时可预测，

信息本身不畸变，可预测。

为什么不经CDC处理的跨时钟域会有不可预测性呢？

时钟的不协作使得信息何时传递不可预测。可能出现超过半个周期到，以及不到半个周期到的问题。

                               
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另外由于电路的限制，两个时钟沿如果挨得太近，会出现信息畸变的问题。

                               
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两个问题，何时不可预测和信息畸变。解决起来是从第二个问题开始的。因为第一个问题单纯看问题不大，只在有多种信息的时候才会是问题。一个在当前周期内到达，一个在下一个周期内到达。

                               
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这个图有点多了，其实问题就是这么个样子，后面的解决方案写的文章非常多，就不再补图了。

信息畸变怎么解决要基于这个畸变到底是什么。

畸变实际就是一种短时间内的震荡。为此解决的办法就很明显了，就是多给一些时间。所以这就是2-DFF， 3-DFF，N-DFF方法了。

N越大，那么给的周期越多，N-1乘上周期就是额外的稳定时间了。所以频率越高，为了给足稳定时间，N需要更大。

那么第一个问题怎么解决？

  1.减少信息个数（种类）。这样就能避免这个问题。

所以要看看是否真的有必要传这么多信息，精简优化。

  2.如果确实传多个。那么是不是可以把时间跨度拉长。

这样就算单个信息何时不确定，但是各个信息之间的先后是确定的。

这就是格雷码，本来一个周期内变化两个信息，现在是两个周期内各变化一个信息。

因为也只是拉长到了两个周期，所以为了确保没有问题，是需要满足一定限制的。

结尾

信息的何时，有无畸变，这是CDC的本质性问题，还有快慢同步，宽度同步（脉冲形式），这些解决的是信息的有无问题了，也逃不了可预测这个范畴。

前者需要握手，后者用的是先信号扩展，再脉冲化的思路，就是将把信号拉长的思路再用了一遍。

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