Metastability Timing Diagrams specifications ◆ Metastability Resolution Time:不引起同步器 ◆ Timing Diagram 故障前提下,从时钟跳变时刻起,允许输出处 于亚稳态的最大时间L ◆例如:有效的 Metastability Resolution Time XXXXXX ls - omb -14 tton Flip-Flop XXXXXX tsu =已 Synchronizer Failure Metastability ◆若1个系统在同步器输出仍处于亚稳态时使用该信 ◆等待“多久”才算“久”? 号,将产生难以预料的结果 ●平均故障时间MTBF ◆该现象称为 Synchronizer Failure ◆同步器的平均故障时间 ●理论上亚稳态停留时间随机,其概率随时间指数下降 MTBF()=exp(l/r) ●亚稳态的避免方法是确保使用之前,已等待“足够长”的 ●∫是时钟频率,a是触发器异步输入每秒变化次数 T和r表示常数,由器件电气特性决定 For a typical 74LS74, To-0.4s, r-1.Sns,I,=20ns MTBF(80ns)=xpS 23-3.6.10s if/=10MH:a=10 Metastability One Problem ◆同步器的平均故障时间 ◆ Metastability能否消除 ●能消除 MTBF(L) T·f ●不能消除 ●关于有些制造商,将t的起始点定义为从时 ●正确答案: While the probability of synchronizer 钟跳变时刻延迟t之后的时间 failure can be made small. it can never be eliminated O Reference: Metastability considerations(www as long as there are asynchronous inputs xilinx. com, Xapp077, 1997) ◆多数教材阐述 Metastability现象 77 53 Metastability ‹Metastability Resolution Time：不引起同步器 故障前提下, 从时钟跳变时刻起，允许输出处 于亚稳态的最大时间tr ‹例如：有效的Metastability Resolution Time r clk comb t p se u t =− − tt t 54 Timing Diagrams & Specifications ‹Timing Diagram CLOCK Combinational outputs Flip-Flop Inputs tclk tsu th tcomb tr tr 55 Synchronizer Failure ‹若1个系统在同步器输出仍处于亚稳态时使用该信 号，将产生难以预料的结果 ‹该现象称为Synchronizer Failure z 理论上亚稳态停留时间随机，其概率随时间指数下降 z 亚稳态的避免方法是确保使用之前，已等待“足够长”的 时间 56 Metastability ‹等待“多久” 才算 “久” ？ z 平均故障时间MTBF ‹同步器的平均故障时间 z f 是时钟频率，a 是触发器异步输入每秒变化次数 z T0 和τ 表示常数，由器件电气特性决定 z For a typical 74LS74， T0 =0.4s，τ =1.5ns，ts=20ns 0 exp( ) MTBF( ) r r t τ T f t a = ⋅ ⋅ 5 if 10 10 f MHz a = = 5 if 16 10 f MHz a = = 57 Metastability ‹同步器的平均故障时间 z关于tr——有些制造商，将tr的起始点定义为从时 钟跳变时刻延迟tffpd之后的时间 ‹Reference : Metastability considerations(www. xilinx.com, Xapp077, 1997) ‹多数教材阐述Metastablity现象 0 exp( ) MTBF( ) r r t τ T f t a = ⋅ ⋅ 58 One Problem ‹Metastability能否消除？ z能消除 z不能消除 z正确答案：While the probability of synchronizer failure can be made small, it can never be eliminated as long as there are asynchronous inputs