【導讀】通常
，傳統的雙觸發器同步器用於同步單比特電平信號。如圖1和圖2所示，觸發器A和B1工作在異步時鍾域。CLK_B 時鍾域中的觸發器 B1 對輸入 B1-d 進行采樣時，輸出 B1-q 有可能進入亞穩態。但在 CLK_B 時鍾的一個時鍾周期期間，輸出 B1-q 可能穩定到某個穩定值。

常規二觸發器同步器

通常，傳統的雙觸發器同步器用於同步單比特電平信號。如圖1和圖2所示，觸發器A和B1工作在異步時鍾域。CLK_B 時鍾域中的觸發器 B1 對輸入 B1-d 進行采樣時

，輸出 B1-q 有可能進入亞穩態。但在 CLK_B 時鍾的一個時鍾周期期間，輸出 B1-q 可能穩定到某個穩定值。如果 B1 在一個時鍾周期內沒有穩定到穩定值，則觸發器 B2 的輸出可以進入亞穩態
，但是 B2 在一個完整的目標時鍾周期內處於亞穩態的概率非常接近於零。

如果頻率太高，可以使用更多數量的觸發器級，因為這將有助於降低同步器輸出保持在亞穩態的可能性。

圖 2傳統 2FF 同步器的時序

切換同步器用於將源時鍾域中生成的脈衝同步到目標時鍾域。不能使用 2 FF 同步器直接同步脈衝。使用 2 FF 同步器從快速時鍾域同步到慢速時鍾域時
，可能會跳過脈衝，這會導致脈衝檢測丟失，因此依賴於它的後續電路可能無法正常運行。圖 3和圖 4中的圖表顯示了切換同步器的實現和時序圖。

圖 3切換同步器



圖 4切換同步器的時序

在基於握手的脈衝同步器中，如圖 5和圖 6所示，通過提供確認來保證生成到源時鍾域的脈衝同步到目標時鍾域。脈衝同步器有一個限製
，即無法處理背對背（一個時鍾間隙）脈衝。為了確保源時鍾域中下一個生成的脈衝在目標時鍾域中得到明確傳輸和同步，基於握手的脈衝同步器通過對 A1 和 A3 觸發器輸出進行“或”運算來生成“忙”信號。因此，產生脈衝的邏輯將不會產生另一個脈衝，直到 busy 信號被斷言。

基於握手的脈衝同步器的定時。

當多位信號與 2 觸發器同步器同步時
，每個位都使用單獨的 2-FF 同tong步bu器qi進jin行xing同tong步bu。亞ya穩wen態tai會hui導dao致zhi觸chu發fa器qi穩wen定ding為wei真zhen值zhi或huo假jia值zhi。所suo以yi每mei個ge同tong步bu器qi的de輸shu出chu可ke能neng不bu會hui在zai同tong一yi時shi鍾zhong穩wen定ding到dao正zheng確que的de值zhi。這zhe會hui導dao致zhi數shu據ju不bu一yi致zhi。為wei了le使shi用yong 2 觸發器同步器方法同步多位信號，必須保證在特定時鍾周期內僅發生單個位變化。這可以通過格雷編碼來實現。因此，例如

，在異步FIFO設計中，當我們使用2-FF同(tong)步(bu)器(qi)在(zai)寫(xie)時(shi)鍾(zhong)域(yu)中(zhong)同(tong)步(bu)轉(zhuan)換(huan)為(wei)灰(hui)度(du)值(zhi)後(hou)的(de)讀(du)指(zhi)針(zhen)值(zhi)時(shi)，存(cun)在(zai)亞(ya)穩(wen)態(tai)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。由(you)於(yu)格(ge)雷(lei)編(bian)碼(ma)隻(zhi)有(you)一(yi)位(wei)變(bian)化(hua)
，所(suo)以(yi)即(ji)使(shi)時(shi)鍾(zhong)交(jiao)叉(cha)時(shi)存(cun)在(zai)亞(ya)穩(wen)態(tai)，灰(hui)色(se)計(ji)數(shu)器(qi)值(zhi)將(jiang)是(shi)以(yi)前(qian)的(de)值(zhi)。例(li)如(ru)，讀(du)指(zhi)針(zhen)（灰度計數器）值從 0110 變為 0111 並與寫時鍾同步，然後由於亞穩態（如果發生）可能性是讀指針仍然保持 0110。現在，假設較早的 FIFO 滿標誌在讀灰度時為高計數器值為 0110，然後 FIFO Full 將在 1 個時鍾周期內保持高電平，但這不會導致問題
，因為在下一個時鍾周期中
，讀指針值將變為 0111，並且 FIFO 滿(man)標(biao)誌(zhi)將(jiang)被(bei)置(zhi)為(wei)無(wu)效(xiao)。如(ru)果(guo)通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)觸(chu)發(fa)器(qi)同(tong)步(bu)器(qi)將(jiang)二(er)進(jin)製(zhi)計(ji)數(shu)器(qi)從(cong)一(yi)個(ge)時(shi)鍾(zhong)域(yu)取(qu)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)時(shi)鍾(zhong)域(yu)而(er)不(bu)是(shi)灰(hui)色(se)計(ji)數(shu)器(qi)
，則(ze)多(duo)位(wei)更(geng)改(gai)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)亞(ya)穩(wen)態(tai)後(hou)不(bu)同(tong)位(wei)的(de)意(yi)外(wai)恢(hui)複(fu)（例如，值從“1001”變為“1010”）。圖 7和圖 8顯示了二進製到灰色的轉換如何幫助解決這個問題。

圖 7多比特信號的格雷編碼



圖8多比特信號格雷編碼時序

再循環多路複用同步

對於隔離數據和多個位可以同時傳輸的情況，使用圖 9和圖 10中(zhong)所(suo)示(shi)的(de)再(zai)循(xun)環(huan)多(duo)路(lu)複(fu)用(yong)同(tong)步(bu)技(ji)術(shu)。為(wei)了(le)同(tong)步(bu)數(shu)據(ju)，當(dang)數(shu)據(ju)在(zai)源(yuan)觸(chu)發(fa)器(qi)處(chu)可(ke)用(yong)時(shi)，在(zai)源(yuan)時(shi)鍾(zhong)域(yu)中(zhong)生(sheng)成(cheng)控(kong)製(zhi)脈(mai)衝(chong)。然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)源(yuan)域(yu)和(he)目(mu)標(biao)域(yu)之(zhi)間(jian)的(de)時(shi)鍾(zhong)比(bi)率(lv)
，使(shi)用(yong) 2 個觸發器同步器或脈衝同步器（切換或握手）同步控製脈衝。同步控製脈衝用於在目標域中對總線上的數據進行采樣。在目標時鍾域中對其進行采樣之前，數據應該是穩定的。

再循環多路複用器同步器的定時。

zaizhezhongtongbufanganzhong
，qingqiuhequerenjizhiyongyubaozhengjiangzhengquedeshujucaiyangdaomubiaoshizhongyuzhong
，erbuguanyuanshizhonghemubiaoshizhongzhijiandeshizhongbiruhe。gaijishuzhuyaoyongyutongbubulianxuhuobupinfanbianhuadeshiliangxinhao。rutu 12所示，數據應在總線上保持穩定，直到從目標端接收到同步確認信號 (A2-q) 並且 (A2-q) 變低。圖 11中的圖表顯示了此實現，圖 12顯示了握手同步器的時序。

圖 11握手同步器


圖 12握手同步器的時序

異步 FIFO 同步

FIFO 是在兩個異步時鍾域之間同步不斷變化的矢量數據的方式。異步 FIFO 同步器提供跨時鍾域傳輸矢量信號的解決方案，而不會有亞穩態和相幹性問題的風險。

在異步 FIFO 設計中
，FIFO 提供獨立於時鍾頻率的完全同步。如圖13所示，經過二進製轉灰度後，讀寫指針分別同步到寫時鍾域和讀時鍾域。

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