扫码关注
对FPGA工程师来说，可靠性设计是极其重要的，若是没处理好FGPA的触发器，没有满足特定的时序关系，导致FPGA电路不可靠，极有可能产生亚稳态问题，很容易打乱设计步伐，因此，了解FPGA设计的时钟域和亚稳态是很有必要的。
一般来说，亚稳态意味着输出信号不能在预定的时间内进入已知的状态，也就是器件的传播延迟超过了额定值，当发生亚稳态后，即使最后输出稳定下来，也无法保证输出的逻辑值是正确的，在输出信号从亚稳态到稳态的变化过程中，输出信号也许长期游离于非法的逻辑电平值，也可能发生振荡，但不论哪种情况，对下一级门电路来说是一场灾难。
在 FPGA 中，时钟域是个很重要的概念，几乎所有亚稳态的发生都是由于跨时钟域的问题所引起的。要想理解跨时钟域所引发的故障，首先要了解时钟域，以及同步信号、异步信号的概念。所谓时钟域，是指在 FPGA 内部由单一时钟或者由多个但是相位恒定的时钟控制的区域。··个时钟和其派生时钟(通过 PLL 产生)属于同一个时钟域，反转时钟也属于同一个时钟域。如果时钟之间的基准不同，比如来自不同的晶振，即使标称频率相同(通过频率计能看到晶振的频率漂移)，也属于不同的时钟域。简单的讲，同步信号是指属于同一个时钟域的信号，异步信号就是指属于不同的时钟域的信号。也可以这样解释，同步信号是指信号与采样时钟之间具有稳定的相位关系，异步信号是指信号与采样时钟之间没有稳定的相
位关系。任何异步信号对于本地时钟域系统都味着一个不稳定的源，因为总是存在这种可能，时钟会在异步信号变化的时候进行了采样。也就是说，因为异步信号会在相对于时钟触发沿的任何位置到达，所以有这种可能，异步信号会在由建立和保持时间界定的时间窗中变化，这就违背了器件的正常工作条件。当发生这种情况时，芯片可能会出现 3 种不同的结果:
(1)识别成功，稳定的输出新的数据
(2)识别失败，继续稳定的输出旧的数据
(3)识别失败，进入亚稳态
因为实际中无法断定究竟会出现上述哪一种结果，所以为了保证工作正常,所有跨时钟域的信号即异步信号不能直接使用，必须全部进行同步处理变为本地的同步信号。
