2级同步引发的思考

1. 2级同步的第二拍亚稳态出现概率非常小，但是也有可能出现，这一点对于从慢到快和从快到慢都是一样的；
如果认为第二拍亚稳态不会出现的话，从慢到快从功能上，一定可以采到正确的值；从快到慢从功能上，不一定
可以采到正确的值；

电路如下所示：

时序如下所示：

情况1和情况2都是假定q2不会出现亚稳态，情况3假定q2发生了概率极小的亚稳态事件。

对于从慢到快，情况1和情况2都采到了正确的值，功能正确；情况3时序说明2级同步失败；

对于从快到慢，情况1采到了正确的值，功能正确，情况2采到了错误的值，功能错误；情况3时序说明2级同步失败；

2.接下来说明q2出现亚稳态的概率极小的原因，从MTBF角度分析：首先MTBF（Mean Time Between Failures）：触发器采样失败的时间间隔；

每一个触发器都有其规定的建立(setup)和保持(hold)时间参数, 在这个时间参数内， 输入信号在时钟的上升沿是不允许发生变的。 如果在信号的建立时间中对其进行采样， 得到的结果将是不可预知的，即亚稳态。

触发器进入亚稳态的时间可以用参数 MTBF(mean time between failures)来描述， MTBF即触发器采样失败的时间间隔，其公式描述如下：

通常，MTBF越大说明系统采样失败的可能越小。可见，对于高速的设计，MTBF是更容易发生的。对于一个典型的 0.25µm 工艺的 ASIC 库中的一个触发器，我们取如下的参数：

tr = 2.3ns, τ = 0.31ns, T0 = 9.6as, f=100MHZ, a = 10MHZ, MTBF = 2.01 days

也就是说触发器以100MHZ工作，假设异步事件触发的频率，也就是数据变化的频率10M。我们用100MHZ的频率去不停地采它的数据，则每两天第一级触发器就可能采集到一次亚稳态。

为了避免所述的亚稳态问题，就应当使参数 MTBF 尽可能的大，通常采用的方法 是双锁存器法，即在一个信号进入另一个时钟域之前，将该信号用两个锁存器连续锁存两次， 最后得到的采样结果就可以消除亚稳态问题。

也就是说，第二级触发器采样失败的间隔时间是9.57*10……9年。

3.从电路角度去看亚稳态这件事，可以得到如下分析：

触发器发生亚稳态后，Q端电平是增加还是减小去否取决于CLK采样D端是大于0.5VDD，还是小于
0.5VDD?最终将稳定到1或0？ 当采到0.5VDD时，Q端电平将如何变化？
从定性的角度来看，CLK采样D端大于0.5VDD，最终将稳定到1，CLK采样D端小于0.5VDD，最终将稳定到0，但是实际上跟触发器本身阈值电压密切相关，
例如触发器阈值电压0.2VDD，那么CLK采样D端0.3VDD，最终触发器输出也有可能为1，因此只是一个定性的分析，无法说给出一个确定的亚稳态最终
将稳定到何值的预测；
采样到0.5VDD时，Q端电平和采样到非0.5VDD时一样，没有区别，0.5VDD并不是一个特例。

格雷码同步多bit信号有一个大的前提条件，即此多bit信号是连续递增或递减的，在此基础上分类讨论：
1.多bit信号时钟域相比module时钟域是慢时钟域，那么多bit信号虽然中间值有可能出现1bit错误，但是下一拍此值可以正确被同步，
因此多bit信号的每一个信号都是可以正确被同步的；
2.多bit信号时钟域相比module时钟域是快时钟域，那么除了多bit信号中间值有可能出现1bit错误外，多bit信号的值是被间隔着同步的，
无法做到每一个值都被正确同步；

如下图所示：

对应时序图解释：

因此使用格雷码计数器同步多bit信号这种CDC方式很受限，基本上只在异步FIFO中有用到；但是在具体设计中如果满足以上格雷码同步的前提，并知晓格雷码同步

后的结果，可以做出对应设计。例如一个module输入10bit信号sig，慢于module时钟域且sig是逐次递增的，想要将sig同步的module时钟域，那么可以用格雷码同步。

4. 多bit寄存器动态可配这件事如何去做？转化成格雷码，寄存器时钟域打一拍，然后同步取沿，用取到的沿
去寄存变化的寄存器值；这样的话，假定无论寄存器打出时钟是快还是慢，寄存器本身的变化是慢于使用寄存器
的module的时钟的，那么从快到慢和从慢到快都是可以这样去做；不能这样做，因为寄存器值的变化不是连续的！！
有什么别的方法吗？

用握手方式去做，即reg_wr脉冲同步到module时钟域，然后module时钟域的pulse有效时，将写数据寄存到module时钟域，在此期间，注意写数据是hold住不变的。