在做仿真時(shí)有沒(méi)有辦法更好得模擬跨時(shí)鐘域的情況？

首先需要指出本文題目所指的仿真指的是功能仿真，即不帶時(shí)序信息的仿真。

每個(gè)FPGA developer都會(huì)做功能仿真驗(yàn)證RTL代碼功能的正確性。我們知道在功能仿真中是沒(méi)有考慮延遲的，組合邏輯是零延遲，寄存器也是在時(shí)鐘跳變沿瞬時(shí)完成采樣。

對(duì)于同步電路來(lái)說(shuō)，功能仿真完成后，再加上靜態(tài)時(shí)序分析，我們基本能確保設(shè)計(jì)的電路能正確工作（有一些情況例外，比如綜合的結(jié)果和仿真的結(jié)果不同）。但是對(duì)于異步電路，功能仿真的零延遲特性沒(méi)法很好模擬跨時(shí)鐘域時(shí)的情況，在靜態(tài)時(shí)序分析時(shí)我們一般也是false path，不做后仿真（時(shí)序仿真）則很難確?？鐣r(shí)鐘域電路設(shè)計(jì)的正確性。

那么我們?cè)谧龇抡鏁r(shí)有沒(méi)有辦法更好得模擬跨時(shí)鐘域的情況？

先看看跨時(shí)鐘域有什么特性？一是亞穩(wěn)態(tài)導(dǎo)致采樣到的信號(hào)出現(xiàn)隨機(jī)值，二是跨時(shí)鐘域不是瞬時(shí)結(jié)束的，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。

依據(jù)此特性，我們?cè)诠δ芊抡鏁r(shí)可以手動(dòng)給跨時(shí)鐘域信號(hào)加延遲。延遲的大小可以是random的一個(gè)值來(lái)更好得模擬隨機(jī)采樣值，而且最好是能在真實(shí)延遲的大概范圍。

舉個(gè)例子。

假設(shè)我們是跨時(shí)鐘域采樣一個(gè)bit的信號(hào)，輸入信號(hào)不停在0和1之間跳變。如下圖所示，data1_q是輸入單bit信號(hào)的寄存器輸出，data1_q_delay則是對(duì)data1_q添加延遲后的信號(hào)。data2_q是在目的時(shí)鐘域clk2對(duì)data1_q的采樣，data2_q_delay則是在目的時(shí)鐘域?qū)ata1_q_delay的采樣。

從圖中可以看到，data2_q在跨時(shí)鐘域時(shí)只有一個(gè)cycle采到錯(cuò)誤的值，data2_q_delay則較好的模擬出了采樣值的隨機(jī)性，而且會(huì)持續(xù)多個(gè)cycle出現(xiàn)“隨機(jī)”值。

審核編輯：劉清