1.1簡介

(1) 在同步系統中,輸入資料訊號相對於時鐘總有固定的關係; 當這種關係滿足器件的建立時間和保持時間的要求時,輸出端會在特定的傳輸延遲時間內輸出一個有效狀態,這種情況下,不會發生亞穩態；

(2) 在非同步系統中,由於輸入資料訊號和時鐘的關係不是固定的,因此有時會出現違反建立時間和保持時間的現象,這種情況下,會輸出介於兩個有效狀態之間的中間級電平且無法確定停留在中間狀態的時間或者經過一定延遲後才能進行正常轉換;

1.2亞穩態理論

(1) 亞穩態是由於違背了觸發器的建立時間和保持時間而產生的;

(2) 任何一個觸發器都有特定的建立時間和保持時間,在時鐘上升沿前後的這段視窗內,資料輸入訊號必須保持穩定,否則輸出將是未知的或者稱為"未穩的";觸發器的輸出會因此而產生毛刺,或者暫時保持在不穩定狀態而且需要較長時間才能回到穩定狀態;

(3) 如圖1.1所示,當觸發器處於亞穩態時,輸出會在高低電平之間波動,這會導致延遲輸出轉換過程,並超過所規定的時鐘到輸出的延遲值tco;亞穩態輸出恢復至穩定狀態所需的超出tco的額外時間部分稱為穩定時間tMET;

(4) 並非所有不滿足建立和保持時間的輸入變化都會導致亞穩態輸出;

(5) 觸發器是否進入亞穩態和返回穩態所需時間取決於生產器件的工藝技術與外界環境;

1.3亞穩態視窗

(1) 亞穩態視窗具有特定的時間長度(建立時間和保持時間共同決定亞穩態視窗的寬度),在這段時間內輸入訊號和時鐘都應該保持不變;

(2) 亞穩態視窗越大,進入亞穩態的概率越高;

1.4計算MTBF

(1) MTBF(Mean/Average Time Between Failures):平均無故障時間;

(2) 對於一個具有給定時鐘頻率和在該時鐘週期內具有均勻概率密度的非同步資料訊號邊沿的單級同步器,亞穩態時間的發生率可以用建立時間、保持時間視窗和時鐘週期的比值乘以訊號觸發頻率來計算;

(3)兩級同步器的MTBF如下圖所示(???);