同步时钟域是否会有亚稳态？

同步时钟域存在亚稳态吗

某网站上有人提问，同步时钟域是否会存在亚稳态的问题？

答案是肯定的，同步时钟域同样可能存在亚稳态，关于具体原因，我们从本质上进行初步分析。

1.什么是亚稳态？

在数字电路中，每一位数据不是1就是0。当然对于电路来说，并非1就是1V，0就是0V，对于不同的器件它们都有不同的对应区间。对于某个器件来说，0.55V以上可以识别出来是高电平，0.25V以下可以识别出来是低电平，但是如果信号的电压处于0.25~0.55V之间，器件也就无法识别是高电平还是低电平（最终的结果可能是高电平也可能是低电平，无法预测），这种状态也就是亚稳态。

2.为什么会出现亚稳态？

亚稳态的出现归根到底就是因为建立时间和保持时间不满足要求。

建立时间：时钟沿到来之前数据所要保持稳定的时间。

保持时间：时钟沿到来之后数据所要保持稳定的时间。

具体关于这个的解释，其实有很多资料，在此就不做过多解释。根据这个原因，我们可知，如果在同步时钟域中存在建立时间或者保持时间不满足的情况，那么就会出现亚稳态问题。一般情况下，EDA工具在进行STA分析时，就会保证在同步时钟域下的timing问题，保证timing最终会收敛。但是如果一不小心，还是会有EDA在进行STA分析时检查不到的地方，下面就举两个小栗子。

同步时钟域下的亚稳态小栗子1-异步复位

在数字电路中，常常采用的DFF是异步复位同步释放的电路，这样的电路和同步复位电路之间的区别在此也不再多讲。

如下图所示电路

如果两个DFF在连接的是同一个clk，那么这段电路就是同步时钟域下的电路。如果存在前者的reset和后者的reset不是同一个reset信号，换句话说，两者不是同时复位的，甚至前者比后者更早复位，那么就会出现亚稳态的问题。

原因在于EDA在STA时会做reg2reg的timing收敛，但是注意，STA能够做的是分析从DFF的Tclk2q 再加上组合逻辑延迟是不是满足reg2reg的setup/hold timing。但是它不会check从reset端发出的timing，因为复位是可能在任何时候发生的，所以没法进行STA分析。所以这就是现在不仅仅只是check CDC，也得注意check RDC的原因。

如果需要解决这样的问题，主要有以下几种方式。

1.同步时钟域内使用同一个reset源。

2.保证reset sequence，保证后面的reset不晚于前序reset复位。

3.同CDC类似，做同步处理，即在两个DFF之间再插入同步器，这里需要注意的是，需要保证logic和原有一致，有些电路对timing 有严格需求可能不能这么做。

4.在第一级DFF后面添加clamp电路，这样钳制DFF的输出值不会对后续电路造成影响，clamp可以是组合电路，这样就不会带来timing cycle的问题。（具体操作下次可以开一篇文章再讲讲）。

同步时钟域下的亚稳态小栗子2-可变延迟链

电路中存在延迟链，特别是可编程的延迟链时，是很容易发生亚稳态问题的，如下图所示。

这种电路在进行STA分析的时候，一般会采取两种方式。

1.set_false_path，直接不检查这段path的timing

2.set_case_analysis + multi_cycle。

无论哪种，我们都无法保证遍历到所有情况下，都不会触发hold/setup violation，因此也是存在亚稳态概率的。