请问什么时候用两级flip-flop

atlandis

如图，在一个时钟域的跳变，在另一个时钟域采集，不需要两级FF吧？求指教

                               
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Timme

两级FF的必要性从数字逻辑上是看不出来的。这种措施是为了防止初级寄存器在setup/hold不满足时输出非稳态0/1的结果，而这个结果通过不止一条路径被采样，最终这些采样结果即便在同一个时钟沿，值也不同，使得原有的逻辑关系被破坏。

试想，假定对内部DFF，在时钟上升沿时刻，当D端<1.0V时输出0，D端>1.2V时输出1，则必然存在一个1.0V~1.2V之间的某个值，使得输出非0且非1------因为这个世界是模拟的。这就是“亚稳态”。

不妨设上面这个输出在这一拍先冲高到接近1再回落到接近0，且此输出驱动了2个DFF，而到这两个DFF的延时不同。这样的话就有可能延时小的DFF在下一拍采到0，而延时大的DFF采到1。这样逻辑关系就被破坏了，因为我们的数字逻辑是基于“同一拍采同一个输入得到同一个输出”的假设的。

当然，即便用两级DFF也有可能连续两次击中亚稳态，这个我们就要算一下概率了。通常几十兆频率下连续两次击中亚稳态的概率大概是几十年一次（MTBF），所以如果频率特别高的话也可以考虑用三级DFF。

atlandis

回复 2# Timme


   这样说来，我如果只有一条支路采样，就不需要考虑亚稳态的问题啦？因为你上面提到的是多条支路采到的结果可能不同。

Timme

回复  Timme


   这样说来，我如果只有一条支路采样，就不需要考虑亚稳态的问题啦？因为你上面提到的是 ...
atlandis 发表于 2012-6-9 12:04

                               
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为了明确你的问题，我这样写出来。。。


数据传播路径： DFF1（原时钟域） -> DFF2（采样时钟域） -> DFF3（采样时钟域）  

如果DFF2的下级寄存器只有一个（DFF3），那就不用单独考虑打两拍，因为其实这样跟打两拍没有区别。

如果DFF2驱动了2个以上的寄存器，那就不行。

atlandis

回复 4# Timme


   非常感谢，我就想得到这句话，“DFF2驱动2个以上的寄存器”

elecman

每个CMOS的门都有一定的放大能力，多级可以将不定态信号推到一个确定的状态