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关于亚稳态

工程师
2008-06-12 23:35:30     打赏
一直以来对亚稳态的理解都比较模糊,今天翻了一下资料,大致总结一下自己的看法。以一个带异步复位和置位的主从触发器为例,如下图

亚稳态的产生会在时钟的跳变沿setup time区间内发生,如下图

        在setup time内信号发生跳变,则会进入亚稳态,导致锁入主锁存器的电平不在稳态(Vss 或Vdd)。当时钟上升沿到来时,传输门a断开,传输门b导通,由于时钟沿并不是陡峭的,有一个过渡时间,当时钟电压达到中间电压时,传输门a和传输门b同时导通,若在传输门a断开前,d点电压不稳定,则就是亚稳态的出现,d点电压稳定的时间也就是setup time。hold time则是传输门a断开和传输门c打开需要的时间。
同样的道理,复位端的recovery time和removal time由传输门b的开关时间决定。


亚稳态的持续时间与工艺和亚稳态产生的时刻相关,信号的跳变沿越靠近时钟跳变沿,恢复稳态需要的时间越久。出现亚稳态的平均时间常用平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Failures)来表示。时钟频率越低,即等待亚稳态恢复的时间越长,MTBF也就越长,根据MTBF的要求来选定最高时钟频率避免亚稳态。
亚稳态对电路的逻辑功能的影响是明显的,会导致错误的逻辑。亚稳态对电路还有物理上的影响。在CMOS的工艺中,晶体管只有在输出翻转时才会处于导通状态,有较大的导通电流,在输入稳定在高电平或低电平时,晶体管是不导通的,此时只有很小的漏电流。因为亚稳态的电平可能处于高低电平之间,因此会使得后一级的晶体管处于导通状态,消耗大量能量。
异步时钟域间的路径是出现亚稳态最常见的地方,对于单bit信号,消除亚稳态的方法是使用两级采样,在第二级触发器去除亚稳态的影响。对于总线信号则应使用异步fifo和handshake穿越时钟域。




关键词: 关于     稳态    

专家
2022-08-14 13:43:54     打赏
2楼

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