组合逻辑的Glitch与时序逻辑的亚稳态

竞争(Race)：一个门的输入有两个及以上的变量发生变化时，由于各个输入的组合路径的延时不同，使得在门级输入的状态改变非同时。

冒险或险象(Hazard)：竞争的结果，如毛刺Glitch。

相邻信号间的串扰也可能产生毛刺Glitch。

组合逻辑的冒险是过渡性的，它不会使得稳态值偏离正常值。根据严格的metal delay和gate delay可以计算出Glitch的出现时间和宽度。

组合逻辑很容易带来毛刺，当信号作用在FF的reset，clear，clock，gate端时，会造成严重的后果。

措施：使用Gray编码，保证一个时刻只有一个bit发生变化；

         采用寄存器采样；(将异步电路转换为同步电路)；

         改变电路结构，加入冗余的电路来消除险象；如(加入delay cell进行滤波，再相与输出)

         后端加入滤波电容；

寄存器的输入端对毛刺并不敏感，只有当毛刺出现在时钟沿并且影响到数据的建立时间和保持时间，才会导致寄存器输出出错。

glitch的危害，在组合逻辑中大面积传播。

(由于毛刺一般时间很短，多为皮秒级，发生错误的机会不大)

 

在clock switch中如何保证Glitch-Free

由于select信号与clock0和clock1可能完全无关，clock0与clock1也可能完全无关，所以在下图的电路中很容易出现Glitch

 

一种Glitch-free的设计电路：(必须是加入clock，之后再进行Latch互锁)

加入两个negative_edge的FF来相互互锁，在FF0和FF1的下降沿都还没到来，select已经改变时，FF输出信号与select信号相与

必然都为0，在第一个FF触发后，FF0或FF1中的某一个工作一拍。

1)由两级FF，且后一级是negative FF，保证拉长的clock段是clock=0的段，同时最终切换的clock一定是一个完整的clock 高电平部分。

2)由互锁，保证只有在当前clock，已经接受到enable之后，另一个clock才能开始准备切换，保证当前clock，有完整沿。

3)一个上升沿，一个下降沿，保证切换时间最小。

总之，正确的切换到另一clock的时间会被拉长，拉长的部分是低电平。

 

在clock0和clock1完全异步的情况下，做两级寄存器同步处理。

亚稳态：在时序逻辑不满足setup/hold/revovery/removal时。

触发器输出端从一个不确定的状态到一个随机值的过程，可能会经过震荡，这段时间叫做决断时间(resolution time)

两个异步信号之间出现亚稳态的概率由MTBF(Mean Time Between Failures)来表示，一级的register以年为单位。二级的register以万年为单位。

亚稳态造成的危害：

1)时序逻辑存在一个时间tMET来保证亚稳态不能传播到下一级的寄存器。

2)在不同的寄存器load中，造成值不同。原因是不同寄存器的MTBF可能不同。

怎么处理亚稳态：

1)通过同步寄存器链，来进行同步。不能同步频率很高的信号(输入保持至少三个时钟，来保证第二级寄存器能输出正确的值)，                                

且可能带来一个clock的错的值，需要依靠协议来保证电路的正确性。

2)异步FIFO