метастабильность Опции

[_andrew_]

Вопрос
Есть ли ссылки у кого по метастабильности(в идеале на русском)
и как с этим бороться

Проблема в следующем. у меня на входе 3 частоты, сморел осцилографом, вроде нормальные красивые
50Мгц 27Гц и еще строковая(не помню скока).
плис Spartan3
так вот через какое то время кадр сползает(верхний кадр внизу и наоборот, НО не по пол кадра, так треть к примеру и две трети). Сползаем сразу а не в процессе, а потом работаем стабильно с перевернутым кадром.
в общем мысль приходит грушить только на частоту.
есть ли еще какие нибудь "методы борьбы с частотами"?

[Маххх]

..т.е ет мне ток мне повезло что в проведённых экспериментах ничего не выявилось и в зависимости от используемых микросхем получим прост разные вероятности их появления??(..да и вообще каким образом тогда можно уменьшить эту вероятность..или возможно её вообще исключить??

Сообщение отредактировал Маххх - May 27 2009, 18:16

[SM]

..т.е ет мне ток мне повезло что в проведённых экспериментах ничего не выявилось и в зависимости от используемых микросхем получим прост разные вероятности их появления??(..да и вообще каким образом тогда можно уменьшить эту вероятность..или возможно её вообще исключить??

Да. Повезло. Исключить вообще - если априори сигналы асинхронны и поступают на триггеры - никак. Понизить вероятность - ставить больше триггеров в цепочку один за одним. Если есть раздолье в схемотехнике - то например сформировать триггер с выходной защелкой с триггером шмитта. Он серьезно укоротит продолжительность метастабильного состояния. Или сделать отдельную аналоговую схему, выделяющую те моменты, когда фронты пришли с нарушением Tsu/Th, и сообщающую об этом.

[Oldring]

Или сделать отдельную аналоговую схему, выделяющую те моменты, когда фронты пришли с нарушением Tsu/Th, и сообщающую об этом.

Выход аналоговой схемы куда подавать?

[SM]

Выход аналоговой схемы куда подавать?

Ну, допустим, на асинхронный сброс синхронизатора.

[Oldring]

Ну, допустим, на асинхронный сброс синхронизатора.

На асинхронный? То есть пусть лучше метастабильность с аналоговой схемы лезет через асинхронный вход синхронизатора?

[SM]

На асинхронный? То есть пусть лучше метастабильность с аналоговой схемы лезет через асинхронный вход синхронизатора?

Извините, но это бред какой-то. С аналоговой схемы лезет не метастабильность, а полноценный импульс, с длительностью, которая обеспечит на асинхронном входе выполнение требования по recovery/removal и min_pulse. В результате чего при опасности метастабильности триггер будет гарантировано жестко в нуле и гарантировано в метастабильность не попадет.

Пример такой схемы. Допустим имеем у синхронизатора Th 0.2 ns и Tsu 1 ns. Клок подается на одновибратор №1 с длительностью выходного импульса 0.3 ns, запускаемый фронтом. Данное подается на одновибратор №2 с длительностьтю 1.1 ns, но запускаемый и по фронту, и по спаду. Выходы одновибраторов объединяются по логическому И с гарантированным min_pulse 100ps. Выход элемента И поступает на триггер Шмитта, который убирает неполноценные импульсы в случае недостаточного пересечения импульсов на входе "И". Выход ТШ поступает на одновибратор №3, с запуском по фронту, с длительностью импульса, обеспечивающей соблюдение recovery, removal и min_pulse для асинхронного сброса синхронизатора.

Заодно этим сигналом можно взвести RS-триггер, показывающий, что случилось принудительное обнуление, и данные, если их там шина, могут быть недостоверны.

[Oldring]

Пример такой схемы. Допустим имеем у синхронизатора Th 0.2 ns и Tsu 1 ns. Клок подается на одновибратор №1 с длительностью выходного импульса 0.3 ns, запускаемый фронтом. Данное подается на одновибратор №2 с длительностьтю 1.1 ns, но запускаемый и по фронту, и по спаду. Выходы одновибраторов объединяются по логическому И с гарантированным min_pulse 100ps. Выход элемента И поступает на триггер Шмитта, который убирает неполноценные импульсы в случае недостаточного пересечения импульсов на входе "И". Выход ТШ поступает на одновибратор №3, с запуском по фронту, с длительностью импульса, обеспечивающей соблюдение recovery, removal и min_pulse для асинхронного сброса синхронизатора.

Если бы все было так просто!
Тогда бы схемы, убирающие метастабильность, в каждый FPGA ставили.
Но не зря говорят что метастабильность нельзя убрать ничем - только ожиданием в течение достаточного временем для сваливания схемы из метастабильного состояния в устойчивое. А все доморощенные схемы на самом деле дырявые.

В Вашей схеме дырка следующая.

Предположим что одновибраторы идеально-реальные. То есть они запускаются мгновенно, но на их выходе формируются реальные сигналы с конечным ременем перехода. В таком случае если переход данных произошел за 1.1 нс до клока - то входной триггер переключтся без метастабильности. Но что произойдет со схемой его сброса? На выходе элемента И сформируется короткий импульс неполной амплитуды. Если эта амплитуда совпадет с верхним порогом триггера Шмидта - на его выходе тоже сформирутся короткий импульс неполной амплитуды. Попав на вход одновибратора №3 этот импульс запустит его в метастабильном состоянии. Попав на вход сброса входрного триггера, это метастабильное состояние входа сброса переведет его уже в метастабильное состояние. Цель не достигнута.

Велика ли вероятность такого события? Мала. Но и задержки немаленьке. А так как если вспомнить, что вроятность восстановления из метастабильного состояния не зависит от количества промежуточных триггеров, завися только от технологии и полного запаса времени на выход из метастабильного состояния - схема явно не лучше простого синхронизатора с соответствующим временем задержки на быстрых триггерах, при том, что сложне.

[SM]

На выходе элемента И сформируется короткий импульс неполной амплитуды. Если эта амплитуда совпадет с верхним порогом триггера Шмидта - на его выходе тоже сформирутся короткий импульс неполной амплитуды. Попав на вход одновибратора №3 этот импульс запустит его в метастабильном состоянии.

Ну я все секреты такого блока тут открывать не буду Его симуляция на транзисторном уровне показывает, что такая ситуация принципиально невозможна. Общая суть в выборе параметров мощности выхода элемента И, входной емкости ТШ, порогов и коэффициента передачи без ОС усилителя, на базе которого построен ТШ и входного порога третьего одновибратора. В результате ни при каких условиях того, что подается на входы элемента И (реальных сигналов, а не идеальных) на выходе ТШ не может быть такого сигнала, который бы некорректно запускал третий одновибратор.

Другой вопрос - что наверное задач таких раз-два и обчелся, где недопустимо по задержке поставить второй триггер, вот в FPGA и не делают таких блоков. А в заказных ИМС я не первый такой, кто ваяет детекторы возможной метастабильности.

схема явно не лучше простого синхронизатора с соответствующим временем задержки на быстрых триггерах, при том, что сложне.

В том и суть схемы, что она не дает никакой задержки по анализируемой ей цепи. Это просто детектор, выдающий сигнал о том, что вероятно метастабильное состояние у синхронизатора. Площадь блока составляет примерно 45 гейтов, что обычно можно себе позволить.

[Oldring]

Его симуляция на транзисторном уровне показывает, что такая ситуация принципиально невозможна.

Если Вы думаете что дела идут хорошо - значит Вы что-то не заметили.

Принципиально невозможно перевести сигналы из аналогового домена в цифровой без ненулевой вероятности метастабильности. Такой переходник - это всегда аналоговая система, описываемая нелинейным дифуром и обрабатывающая входные аналоговые сигналы. Цель - получить на выходе устойчивое логическое состояние. При этом схема непрервыно отображает пространство входного сигнала в (аналоговое) пространство выходного, и в этом выходном пространстве есть непересекающиеся области "устойчивый 0" и "устойчивая 1". При этом пространство входных сигналов разбивается на области, которые переводят выход схемы в 1 и 0. Если взять две точки на входе, лежащие в разных областях - точки отображения будут лежать в разных выходных областях. Если на входе их соединить непрерывной кривой, непрерывно изменяя параметры входного сигнала - он отобразится в непрерывную кривую в выходном пространстве. Эта кривая будет пересекать границу между 0 и 1, в которой находится зона метастабльности. Осталось рассмотреть, при каких параметрах входного сигнала это происходит

А в заказных ИМС я не первый такой, кто ваяет детекторы возможной метастабильности.

No comments.

[SM]

и в этом выходном пространстве есть непересекающиеся области "устойчивый 0" и "устойчивая 1".

И именно на том, что область неустойчивости (то, что между областями устойчивых 1 и 0) у одновибратора находится внутри области гарантированного перехода у триггера Шмитта (что означает, что если его выходной уже сигнал зашел в эту область, то при условии незначительного изменения входного сигнала ТШ он обязательно пересечет ее целиком), и построена эта часть узла. А незначительность изменения гарантируется емкостью входа триггера и мощностью выхода И.