跨时钟域信号同步技术研究
SoC中跨时钟域的信号同步设计
SoC中跨时钟域的信号同步设计邵翠萍;史森茂;吴龙胜【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(35)8【摘要】In SoC design, the handling of multiclock domain is an important step. The catastrophic effect will occur in the design if the designers do not pay enough attention to the special problems. When the data is transmitted across the clock domains, how to successfully complete data transmission and maintain system stability is a focus to each designer. The metasta-bility and the impact caused by the asynchronous signal in the multiclock domain on the functions of the entire circuit are discussed in this paper. For asynchronous transmission of the single signal, four basic synchronous units (the synchronization of pulse to pulse, the synchronization of pulse to level, the synchronization of level to level, the synchronization of level to pulse) are put forward on the basis of the synchronizer composed of dual trigger. The emphasis is that these four synchronous elements have no requirement to asynchronous clock frequency. The circuit diagrams of the four synchronizers are given.%多时钟域的处理是系统级芯片(SoC)设计中的一个重要环节.如果对其中出现的特殊问题估计不足,将对设计造成灾难性后果.数据跨时钟域传输时如何保持系统的稳定,顺利完成数据的传输是每个设计者都需要关注的问题.在此讨论了在多时钟域中异步信号带来的亚稳态及对整个电路性能和功能的影.针对单一信号的异步传榆,在已有的双触发器构成的同步器的基础上提出了4种同步单元:脉冲到脉冲的同步、脉冲到电平的同步、电平到电平的同步,电平到脉冲的同步.值得强调的是这4种同步器都对异步时钟频率没有大小关系的限制.并且给出了4种同步器的电路结构图并进行了实现,使得数据传输更加稳定可靠.【总页数】4页(P157-159,164)【作者】邵翠萍;史森茂;吴龙胜【作者单位】西安微电子技术研究所,陕西西安710054;西安微电子技术研究所,陕西西安710054;西安微电子技术研究所,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TN911-34【相关文献】1.面向SoC系统芯片中跨时钟域设计的模型检验方法 [J], 冯毅;易江芳;刘丹;佟冬;程旭2.FPGA跨时钟域信号同步设计方法研究 [J], 宋文强;胡毅3.FPGA设计中跨时钟域信号同步方法 [J], 邹晨4.FPGA设计中跨时钟域的问题与方法 [J], 王利祥;5.可编程器件设计中跨时钟域的同步设计问题 [J], 雷剑虹;金之诚;沈建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
跨时钟域的方法
跨时钟域的方法
跨时钟域的方法，是指在两个或多个时钟之间进行同步的一种技术。
在现代通信和计算机网络中，不同设备的时钟往往有微小的差异，如果不进行同步，就可能导致通信中的时间戳错误或者计算机网络中的数据同步问题。
因此，跨时钟域的方法是保证不同设备之间时间同步的关键技术之一。
在实际应用中，跨时钟域的方法主要包括两种：硬件同步和软件同步。
硬件同步是指使用专门的硬件设备来进行时钟同步，例如使用GPS信号来同步时钟；软件同步则是指使用特定的软件算法来进行时钟同步，例如使用NTP协议来进行网络时间同步。
这两种方法各有优缺点，在具体应用中需要根据实际需求来选择合适的方法。
在跨时钟域的方法中，还需要考虑到时钟漂移和时钟抖动等问题。
时钟漂移指的是时钟频率的变化，而时钟抖动则是指时钟频率的波动。
这些问题会影响时钟同步的精度，因此需要采取相应的措施来进行补偿。
在硬件同步中，一般采用精密的晶振来提高时钟精度；在软件同步中，采用算法来进行时钟漂移和抖动的补偿。
总之，跨时钟域的方法是现代通信和计算机网络中非常重要的技术之一。
它可以保证不同设备之间的时间同步，从而确保通信和数据同步的准确性和可靠性。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的同步方法，并且采取相应的措施来解决时钟漂移和抖动等问题。
多比特信号跨时钟域同步电路以及方法
多比特信号跨时钟域同步电路以及方法English:Multi-bit signal cross-clock domain synchronization circuits and methods are commonly used in digital systems to ensure proper timing and data alignment between different clock domains. The main challenge in designing such circuits is to ensure reliable and robust synchronization while dealing with potential issues such as clock skew, metastability, and data corruption. One commonly used approach is to utilize synchronization elements such as flip-flops or latches along with proper clock domain crossing techniques. These techniques include two-flop synchronizers, synchronizers with handshake protocols, and self-timed synchronizers. Two-flop synchronizers are often used due to their simplicity and effectiveness in mitigating metastability issues, while protocols like the Gray code handshake can provide more robust synchronization. Additionally, self-timed synchronizers eliminate the need for a common clock signal, making them suitable for asynchronous systems. Overall, the design of multi-bit signal cross-clock domain synchronization circuits and methods requires careful consideration of timing requirements,synchronization element selection, and robustness against potential synchronization issues.中文翻译:多比特信号跨时钟域同步电路及方法通常在数字系统中广泛使用，以确保不同时钟域间的正确计时和数据对齐。
FPGA设计中跨时钟域信号同步方法
FPGA设计中跨时钟域信号同步方法邹晨【期刊名称】《航空计算技术》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】随着FPGA系统设计的复杂化，系统内部的各个功能模块往往需要工作在不同频率的异步时钟域中，因此系统内核心功能模块与外设的通信设计无法避免地会涉及到跨时钟域的数据与信号的传递问题。
尽管跨时钟域的同步问题并不属于FPGA系统设计领域的新问题，但是随着多时钟域系统的常见化和复杂化，使得跨时钟域同步这一要求具备了新的重要意义。
在对跨时钟域设计中容易出现的亚稳态现象及其造成的影响进行简要概述与分析的基础上，为了减小亚稳态发生的概率和降低系统对亚稳态错误的敏感程度，提出了四种跨时钟域同步的解决方案，较为详细地阐述了设计方案，对设计进行了评估与分析，并给出了优化设计。
%With the complication of FPGA design ,the different modules in the design always work in the asynchronous clock domains .So the core module in the system has the problem of cross-clock domain when communicating with other modules .The cross-clock domain design becomes more and more impor-tant with complication of the design .The paper firstly introduces some basic concepts and elements of the metastable state occurred in the cross-clock domain design and its infection .In order to reduce the proba-bility of the metastable state ,this paper presents four FPGA-based synchronous units in detail and makes some discuss on the mend of thedesign .The performances analysis ,simulation and synthesis result is giv-en at the end of this paper .【总页数】4页(P131-134)【作者】邹晨【作者单位】中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068【正文语种】中文【中图分类】TP331.2【相关文献】1.跨时钟域信号的几种同步方法研究 [J], 赵晓海2.SoC中跨时钟域的信号同步设计 [J], 邵翠萍;史森茂;吴龙胜3.FPGA设计中跨时钟域同步方法的研究 [J], 唐辉艳;李绍胜4.FPGA设计中跨时钟域的问题与方法 [J], 王利祥;5.跨时钟域传递位数据的同步方法 [J], 高焕琦;岳亚杰;高俊锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
跨时钟域信号的几种同步方法研究
跨时钟域信号的几种同步方法研究赵晓海【摘要】为使跨时钟域信号能够被目标时钟正确采集,提出并总结了几种同步方法,详尽论述了这些方法所涉及的存储器计算和synthesis设置。
跨时钟域信号的同步方法应根据源时钟与目标时钟的相位关系、该信号的时间宽度和多个跨时钟域信号之间的时序关系来选择。
如果两时钟有确定的相位关系,可由目标时钟直接采集跨时钟域信号,且在synthesis中应设此两时钟为同步关系;否则,需要借助FIFO （First in,First out）,在synthesis时,此两时钟必须设为false path关系。
跨时钟域信号的宽度至少应为目标时钟周期的两倍。
对于彼此有确定时序关系的多个跨时钟域信号,在同步前应使其保持足够距离。
所述方法在CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器的设计中被实际应用。
经仿真和芯片的系统验证,该图像传感器可以正确完成信号在各时钟间的同步,并以60帧/s的速率正确输出分辨率为1 280×720的数据。
%To have destination clock sample correctly signals across clock domains,this paper proposes the several synchronous methods and discusses how to calculate depth of corresponding memory and how to set the synthesisparameters.According to phase relation between source and destination clocks,width of signals and timing relation between the signals,the synchronous methods are chosen.If the phase relation iscertain,destination clock may directly sample signals across clock domains,and synchronous relation is set to the clocks insynthesis.Otherwise,FIFO（First in,First out） must be applied,and paths across the clock domains must be set to false path in synthesis.Width ofsignals is at least twice as long as period of destination clock.If signals have certain order relation with each other,sufficient distance must be held in source clock domain.The methods were applied in a practical design for CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor） image sensor.By simulation and chip system verification,the sensor can synchronize signals between clock domains and transmit correctly images of resource 1280×720 at 60 fps.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)007【总页数】6页(P139-143,147)【关键词】集成电路;同步电路;图像传感器;时钟同步【作者】赵晓海【作者单位】北京思比科微电子技术股份有限公司数字部,北京100085【正文语种】中文【中图分类】TN79当前，实现图像采集、处理和压缩等功能的数字集成电路产品得到了广泛应用[1]。
跨时钟域信号同步技术研究的开题报告
跨时钟域信号同步技术研究的开题报告一、研究背景与意义随着数字电路和通信技术的不断发展，现代电子系统中包含大量的时钟源，例如时钟发生器、PLL等。
虽然这些时钟源有着高精度和高稳定性的优势，但是由于时钟信号必须在整个系统中传输，时钟信号传输的延时和相位差等问题会引发系统同步问题，这是电子系统设计中的一个重要的问题。
跨时钟域信号同步技术是解决上述问题的一种有效手段。
其基本原理是将高精度时钟源的信号传输到低精度时钟源所在的域中，通过一定的同步算法实现两个时钟域之间信号同步。
因此，跨时钟域信号同步技术是实现多个时钟域之间信号同步稳定性和可靠性的重要技术。
二、研究目标与内容本文主要研究跨时钟域信号同步技术，包括以下内容：1、时钟同步原理与模型建立：介绍跨时钟域信号同步的基本原理，建立时钟同步模型。
2、同步算法设计与实现：通过对已有的同步算法进行分析和改进，设计适用于跨时钟域信号同步的同步算法，并在FPGA实验平台上进行实现验证。
3、性能分析与评估：对比不同的同步算法，在不同的跨时钟域应用场景下，从同步精度和稳定性等方面对算法性能进行分析和评估，确定最优的同步算法。
三、研究方法和技术路线本研究主要使用计算机仿真、数学建模和硬件实现等方法，通过以下技术路线进行研究：1、文献调研：对国内外相关技术文献进行调研，了解当前跨时钟域信号同步技术的发展现状和研究热点，确定本研究的研究目标和内容。
2、理论分析：建立跨时钟域信号同步模型，分析时钟同步过程中的误差来源，选取合适的同步算法进行优化设计。
3、软件仿真：通过Simulink等仿真软件模拟实现跨时钟域同步算法，并对算法进行性能分析和评估。
4、硬件验证：将设计好的同步算法实现到硬件上，以FPGA为核心的平板进行跨时钟域同步实验，对算法进行实际的系统验证。
5、结果分析：对比不同的同步算法的性能，并对跨时钟域同步算法的可行性和有效性做出结论，并指出今后的研究方向。
四、预期成果及创新点本研究旨在研究跨时钟域信号同步技术，提出一种可靠稳定且高精度的同步算法，以实现不同时钟域信号之间的同步。
跨时钟域信号的几种同步方法研究
Ｖ０ ． ０ １２ Ｎｏ７ ．
电子 设计 工程
Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
２１ ０ ２年 ４月
Ａｐ ． ０ ２ ｒ２ １
跨 时钟 域信 号 的几种 同步方 法研 究
赵 晓 海
（ 京 思 比科 微 电 子技 术 股 份 有 限 公 司数 字 部 北京 １ ０ ８ ） 北 ０ ０ ５ 摘 要 ：为 使 跨 时钟 域信 号 能 够被 目标 时 钟 正 确 采 集 ， 出 并 总 结 了 几 种 同 步 方 法 ， 尽 论 述 了 这 些 方 法 所 涉 及 的 存 提 详
储 器 计 算 和 ｓｎｈ ｓ 设 置 。 跨 时钟 域 信 号 的 同步 方 法应 根 据 源 时钟 与 目标 时 钟 的 相 位 关 系 、 信 号 的 时 间 宽 度 和 多 ｙ ｔｅｉ ｓ 该
个跨 时钟 域 信 号之 间 的 时序 关 系来 选 择 。 果 两 时钟 有 确 定 的 相 位 关 系 ， 由 目标 时钟 直接 采 集跨 时钟 域 信 号 ， 在 如 可 且 ｓｎｌ ｓ ｖ ｔｅｉ ｌ ｓ中应 设 此 两 时 钟 为 同 步 关 系 ； 则 ， 要 借 助 ＦＦ Ｆｒｔｎ Ｆｒｔ ｕ） 在 ｓｎ ｅｉ 否 需 ＩＯ（ ｉ ， ｉ ｔ， ｙ ｔ ｓ ｓｉ ｓｏ ｈ ｓ时 ， 两 时 钟 必 须 设 为 此 ｆｌ ａｈ关 系 。 时钟 域 信 号 的 宽度 至 应 为 目标 时 钟 周 期 的 两 倍 。 于彼 此 有 确 定 时 序 关 系的 多个 跨 时 钟 域 信 号 ， ａ ｅＤｔ ｓ 跨 对 在 同步 前 应 使 其 保 持 足 够 距 离。 述 方 法在 Ｃ Ｓ Ｃ ｍｐｅ ｎａｙＭｅ ｌ ｘｄ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔ ） 所 ＭＯ （ ｏ ｌ ｍｅｔｒ ｔ ｉｅＳ ｍ ｃ ｄ ｃ ｒ 图像 传 感 器 的设 计 中被 ａＯ ｏ ｏ 实 际应 用 。经 仿 真 和 芯 片 的 系统 验 证 ， 图像 传 感 器 可 以 正 确 完 成 信 号 在 各 时钟 间 的 同步 ， 以 ６ 该 并 ０帧／ 的 速 率 正 确 ｓ
FPGA设计中跨时钟域同步方法的研究
FPGA设计中跨时钟域同步方法的研究唐辉艳;李绍胜【摘要】跨时钟域的同步问题是现场可编程门阵列(FPGA)设计中的一个难点,本文分析跨时钟域所带来的亚稳态,提出FPGA设计中跨时钟域的同步方法,重点介绍利用异步FIFO实现跨时钟域的同步方法,并用Verilog HDL硬件描述语言设计该方案,验证该方法的正确性.%It was a difficult problem to synchronous of asynchronous clock in FPGA design. This paper introduced the metastable state phenomena and the relative problems. Several approaches of synchronization to deal with the problem were discussed. It was introduced especially the approach that used FIFO to implement the synchronize of asynchronous clock in FPGA design, simulated and verified the approach with Verilog HDL, proved its feasibility.【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2011(020)005【总页数】3页(P43-44,47)【关键词】FPGA;跨时钟域;同步;亚稳态【作者】唐辉艳;李绍胜【作者单位】北京邮电大学,信息与通信工程学院,北京100876;中国软件与技术服务有限公司,北京100080【正文语种】中文【中图分类】U285随着电子自动化设计（EDA）技术的发展，现场可编程门阵列（FPGA）已经在许多方面得到广泛应用，比如将FPGA应用于通信领域，实现数字调制解调、编码解码，FPGA还在实现通信系统中的各种接口中起着重要作用，如PCI总线、SPI总线等。