FPGA数字IC笔试面试007—时钟无毛刺切换技术

时钟无毛刺切换技术Glitch-free
(1)根据电路图补全时序图;(6分)

(2)说明电路的功能;(3分)

(3)说明DFF1和DFF3的作用,去掉后有什么风险?(3分)

(4)说明DFF2和DFF4为什么采用负沿采样?若采用正沿,会存在何种风险?(3分)

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问题分析
(1)该电路是时钟无毛刺切换电路

(2)数字电路中的风险问题:

组合逻辑:竞争冒险,出现毛刺

时序逻辑:亚稳态

(2)~(4)问题解答
第一问时序图比较复杂,先解答(2)~(4)问,后面具体分析(1)。

在时钟的下降沿处寄存选择控制信号,保证了控制信号不会在 2 个时钟源的高电平处进行跳变,这样就防止对输出时钟进行截断(截断导致毛刺)。


(1)的时序图
如图所示,包括 A、B、DFF2 的 Q 输出、DFF4 的 Q 输出、C。

问题的关键在 C 的波形。

在 CLK0 的第一个周期内,C 的波形与 CLK0 完全一致,说明

(1)C 来自 AND2,且 D4Q 为 1,D2Q 为 0

(2)向前推导,D3Q 的初始值为 1,D1Q 的初始值为 0;

(3)D2QF = 1,D4QF  = 0;

(4)D4QF  = 0,A = 0;



对 B 的状态:

(1)SELECT 初始为 0,后面变成 1,B 来自 D2QF 和 ~SELECT,只有有 1 个为 0 ,则 B 为 0,所以 B 的状态比较好判断,当 SELECT 从  0 变为 1 以后,B 一定是 0;

(2)在 SELECT 保持为 0 的阶段,B 的值取决于 D2QF,在此阶段内,D2QF 恒为 1,所以 B 恒为1;


从 B 向后分析 D3,在 CLK0 的上升沿,D3 随 B 变化:

(1)前文推导 D3 初始 1;

(2)CLK0 的第 2 个上升沿,D3 变为 0,且从此一直为 0;


从 D3 向后分析 D4Q,在 CLK1 的下升沿,D4Q 随 D3 变化:

(1)前文推导 D4Q 初始 1;

(2)CLK0 的第 2 个下降沿,D4Q 变为 0,且从此一直为 0;

(3)与此同时,D4QF 发送相应变化,D4QF = ~ D4Q,在 CLK0 的第 2 个下降沿,D4QF 变为1;


此时分析 A

(1)当 SELECT 和 D4QF 同时为 1,A = 1;

(2)初始时 SELECT = 0,后面 SELECT 刚变为 1 的时候 D4QF 是 0,所以 A一直是 0;

(3)SELECT 在 D4QF 前已经为 1,所以当 D4QF 变为 1 的时候,A 会和 D4QF 同时变为 1;


从 A 向后分析 D1,在 CLK1 的上升沿,D1 随 A 变化:

(1)前文推导 D1 初始 0;

(2)A 拉高后,CLK1 的第 1 个上升沿,D1 变为 1,且从此一直为 1;


从 D1 向后分析 D2Q,在 CLK0 的下升沿,D2Q 随 D1 变化:

(1)前文推导 D2Q 初始 0;

(2)A 拉高后,CLK0 的第 1 个下降沿,D2Q 变为 1,且从此一直为 1;

(3)与此同时,D2QF 发送相应变化,D2QF = ~ D2Q,由于 B 已经变为 0,所以此时 D2QF 变成 0 不影响 B 仍然为 0;


根据 D2Q 和 CLK1 得到 AND1 的波形

根据 D4Q 和 CLK0 得到 AND2 的波形

由此得到 C 的波形


上图中:

DFF4_Q 代表 DFF4 的 Q 输出;

DFF4_Q_F 代表 DFF4 的 Q 取反输出;

其他类似表示。


手绘版。



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全部评论
果然术业有专攻
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发布于 2022-03-28 15:29
厉害
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发布于 2022-09-07 21:02 四川
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发布于 2022-05-29 15:54

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