【導(dǎo)讀】復(fù)位信號(hào)在數(shù)字電路里面的重要性僅次于時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)電路的復(fù)位往往是指對(duì)觸發(fā)器的復(fù)位，也就是說(shuō)電路的復(fù)位中的這個(gè)“電路”，往往是指觸發(fā)器，這是需要注意的。
今天我們來(lái)聊聊聊聊復(fù)位電路的基礎(chǔ)，本文的主要內(nèi)容有:
復(fù)位電路概述
同步復(fù)位電路
異步復(fù)位電路
復(fù)位策略——復(fù)位網(wǎng)絡(luò)
1、復(fù)位電路概述
復(fù)位信號(hào)在數(shù)字電路里面的重要性僅次于時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)電路的復(fù)位往往是指對(duì)觸發(fā)器的復(fù)位，也就是說(shuō)電路的復(fù)位中的這個(gè)“電路”，往往是指觸發(fā)器，這是需要注意的。
有的電路需要復(fù)位信號(hào)，就像是有的電路需要時(shí)鐘信號(hào)那樣，而有的電路是不需要復(fù)位信號(hào)的。
復(fù)位又分為同步復(fù)位和異步復(fù)位，這兩種各有優(yōu)缺點(diǎn)。
下面我們主要來(lái)說(shuō)說(shuō)復(fù)位信號(hào)的用途和不需要復(fù)位信號(hào)的情況。
(1)復(fù)位的目的
復(fù)位最基本的目的就是使電路(主要是觸發(fā)器)進(jìn)入一個(gè)能穩(wěn)定操作的確定狀態(tài)(主要是觸發(fā)器在在某個(gè)確定的狀態(tài))，主要表現(xiàn)為下面兩點(diǎn):
①使電路在復(fù)位后從確定的初始狀態(tài)運(yùn)行:
● 上電的時(shí)候，為了避免上電后進(jìn)入隨機(jī)狀態(tài)而使電路紊亂，這個(gè)時(shí)候你就需要上電復(fù)位了。
● 有時(shí)候，電路在某個(gè)狀態(tài)下，你想或者別人要求你從電路的初始狀態(tài)開(kāi)始進(jìn)行延時(shí)你的電路功能，這個(gè)時(shí)候你就要對(duì)你的電路進(jìn)行復(fù)位，讓它從最初的狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。
②使電路從錯(cuò)誤狀態(tài)回到可以控制的確定狀態(tài)：
有的時(shí)候，你的電路發(fā)生了異常，比如說(shuō)狀態(tài)機(jī)跑飛了、系統(tǒng)供電炸了之類的，總之就是電路運(yùn)行得不正常了，這個(gè)時(shí)候你就要對(duì)電路進(jìn)行復(fù)位，讓它從錯(cuò)誤的狀態(tài)回到一個(gè)正常的狀態(tài)。
上面說(shuō)的都是和實(shí)際電路有關(guān)的，下面我們就從電路仿真的角度看一下復(fù)位信號(hào)的重要性。
● 仿真的要求
復(fù)位信號(hào)在仿真里面主要是使電路仿真時(shí)具有可知的初始值:
在仿真的時(shí)候，信號(hào)在初始狀態(tài)是未知狀態(tài)(也就是所謂的x，不過(guò)對(duì)信號(hào)初始化之后的這種情況除外，因?yàn)榉抡娴臅r(shí)候?qū)π盘?hào)初始化就使信號(hào)有了初始值，這就不是x了)。
對(duì)于數(shù)據(jù)通路(數(shù)字系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)通路和控制通路，數(shù)據(jù)通路一般是對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制通路則是對(duì)運(yùn)行的情況進(jìn)行操作)，在實(shí)際電路中，只要輸入是有效數(shù)據(jù)(開(kāi)始的時(shí)候可能不是有效的)，輸出后的狀態(tài)也是確定的；在仿真的時(shí)候，也是輸入數(shù)據(jù)有效了，輸出也就確定了。也就是說(shuō)，初始不定態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)通路的影響不明顯。
對(duì)于控制通路，在實(shí)際電路中，只要控制通路完備(比如說(shuō)控制通路的狀態(tài)機(jī)是完備的)，即使初始狀態(tài)即使是不定態(tài)，在經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)后，還是能回到正確的狀態(tài)上；然而在仿真的時(shí)候就不行了，仿真的時(shí)候由于初始狀態(tài)為未知態(tài)，控制電路一開(kāi)始就陷入了未知態(tài);仿真跟實(shí)際電路不同，仿真是“串行”的，仿真時(shí)控制信號(hào)的初始不定態(tài)會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的控制信號(hào)結(jié)果都是不定態(tài)，也就是說(shuō)，初始的不定態(tài)對(duì)控制通道是致命的。
(2)不需要復(fù)位信號(hào)的一些情況
復(fù)位信號(hào)很重要，但是并不是每一部分的電路都需要復(fù)位電路，一方面是復(fù)位電路也消耗邏輯資源、占用芯片面積，另一方面是復(fù)位信號(hào)會(huì)增加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性(比如要考慮復(fù)位的策略、復(fù)位的布局布線等等)。
當(dāng)某個(gè)電路的輸出在任何時(shí)刻都可以不受到復(fù)位信號(hào)的控制就有正確的值時(shí)，比如說(shuō)數(shù)據(jù)通路中的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部分。
在某些情況下，當(dāng)流水線的寄存器(移位寄存觸發(fā)器)在高速應(yīng)用中時(shí)，應(yīng)該去掉某些寄存器的復(fù)位信號(hào)以使設(shè)計(jì)達(dá)到更高的性能，因?yàn)閹?fù)位的觸發(fā)器比不帶復(fù)位的觸發(fā)器更復(fù)雜，反應(yīng)也更慢。
對(duì)復(fù)位信號(hào)/電路有一定的概念后，下面我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)復(fù)位的方式，也就是同步電路和異步電路以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。
2、同步復(fù)位
(1)同步復(fù)位電路
同步復(fù)位是指復(fù)位信號(hào)在時(shí)鐘有效沿到來(lái)時(shí)才復(fù)位電路(主要是復(fù)位觸發(fā)器)。
因此同步復(fù)位的復(fù)位信號(hào)受到時(shí)鐘信號(hào)的控制。同步復(fù)位的觸發(fā)器RTL代碼和電路如下所示:
上面的電路在FPGA中容易綜合得到；也有可能綜合得到下面這樣的電路：
(2)同步復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)
①首先同步復(fù)位一般能確保電路是100%同步的，因?yàn)殡娐范际怯赏綍r(shí)鐘觸發(fā)。
②同步復(fù)位會(huì)綜合為更小的觸發(fā)器（更??？？感覺(jué)有點(diǎn)不太對(duì)，可能FPGA跟ASIC不一樣吧？）。從前面電路中我們也可以看到，復(fù)位電路僅僅是由一個(gè)普通的觸發(fā)器和一個(gè)與門(mén)構(gòu)成。
③由于同步復(fù)位僅僅發(fā)生在時(shí)鐘的有效沿，當(dāng)外部的復(fù)位信號(hào)有毛刺時(shí)，時(shí)鐘可以當(dāng)做過(guò)濾毛刺的手段，也就是說(shuō)同步復(fù)位受到復(fù)位信號(hào)的毛刺影響小。
④當(dāng)復(fù)位信號(hào)是由內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)，此時(shí)復(fù)位信號(hào)就有可能有毛刺，時(shí)鐘就可以過(guò)濾毛刺。也就是說(shuō)，可以在那些使用內(nèi)部信號(hào)當(dāng)做復(fù)位信號(hào)的設(shè)計(jì)中，使用同步復(fù)位。
(3)同步復(fù)位的缺點(diǎn)
①使用同步復(fù)位可能使綜合工具無(wú)法分辨分辨復(fù)位信號(hào)和其他控制信號(hào)，導(dǎo)致進(jìn)行復(fù)位的控制邏輯遠(yuǎn)離觸發(fā)器(也就是說(shuō)，并不是所以的ASIC庫(kù)都有內(nèi)置的同步復(fù)位邏輯，綜合工具可能把符合邏輯綜合到觸發(fā)器自身之外)。
例如對(duì)于帶同步復(fù)位和加載使能的觸發(fā)器，代碼如下所示：
綜合得到的電路圖如下所示，左邊是理想的電路，右邊是可能綜合出的電路:
這兩個(gè)電路的功能完全一樣，只不過(guò)右邊電路的復(fù)位控制邏輯(即復(fù)位與門(mén))在多路復(fù)用器之外，也就是遠(yuǎn)離了觸發(fā)器。
解決方法就是：一方面這個(gè)只是綜合工具的問(wèn)題，一般綜合工具會(huì)自動(dòng)識(shí)別在敏感列表里面又在條件表達(dá)式信號(hào)中的第一個(gè)信號(hào)為復(fù)位信號(hào)；另一方面，可以在RTL代碼編寫(xiě)的時(shí)候，加入相關(guān)的綜合指令，讓綜合的時(shí)候把復(fù)位邏輯靠近觸發(fā)器。
②由于同步復(fù)位需要在時(shí)鐘沿的觸發(fā)下才能起作用，復(fù)位信號(hào)是以短脈沖的方式出現(xiàn)時(shí)，時(shí)鐘沿就有可能錯(cuò)失這個(gè)復(fù)位信號(hào)，導(dǎo)致復(fù)位脈沖丟失，同步復(fù)位電路沒(méi)有起到作用，時(shí)序圖如下所示：
解決辦法：一方面，可以采用脈沖捕捉電路，這個(gè)電路在我的跨時(shí)鐘域控制信號(hào)傳輸中有講到。
另一方面，可以將復(fù)位信號(hào)進(jìn)行脈沖擴(kuò)展，維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，這個(gè)可以通過(guò)一個(gè)小的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，如下圖所示:
③同步復(fù)位可能有組合邏輯延時(shí)，當(dāng)復(fù)位邏輯距離觸發(fā)器比較遠(yuǎn)時(shí)，這個(gè)時(shí)候就不能把觸發(fā)器當(dāng)做即時(shí)響應(yīng)復(fù)位信號(hào)的觸發(fā)器，而是有一定延時(shí)的觸發(fā)器，這個(gè)時(shí)候就有了復(fù)位信號(hào)偏移的問(wèn)題，關(guān)于復(fù)位信號(hào)偏移的描述，我們將在異步復(fù)位中進(jìn)行描述。
解決方法：使用內(nèi)置的同步復(fù)位觸發(fā)器；綜合的時(shí)候加入相關(guān)的綜合指令，這個(gè)和①類似。
④我們前面說(shuō)過(guò)，在由內(nèi)部組合邏輯的產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的設(shè)計(jì)中，推薦使用同步復(fù)位。其實(shí)這也是有缺點(diǎn)的，這是因?yàn)檫@樣產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的組合邏輯一方面在仿真的時(shí)候容易出現(xiàn)x態(tài)，另一方面在實(shí)際電路中，這樣的復(fù)位信號(hào)容易被外部(多個(gè))信號(hào)影響。
解決方法：不建議使用內(nèi)部產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)；使用異步復(fù)位。
⑤門(mén)控時(shí)鐘的同步復(fù)位可能無(wú)效：使用門(mén)控時(shí)鐘的時(shí)候，由于復(fù)位信號(hào)依賴于時(shí)鐘，在復(fù)位信號(hào)發(fā)出的時(shí)候，時(shí)鐘可能關(guān)閉了。
這個(gè)時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的電路沒(méi)有被復(fù)位，如下圖所示：
解決方法：只能使用異步復(fù)位，并在時(shí)鐘恢復(fù)前移除異步復(fù)位。
⑥總線設(shè)計(jì)中的同步復(fù)位問(wèn)題:
在總線控制中，系統(tǒng)上電復(fù)位的時(shí)候，我們要求不同芯片之間的總線工作在合理的狀態(tài)上(比如處于高阻態(tài)或者輸出)；然而上電之后，由于系統(tǒng)時(shí)鐘可能仍未正常工作，上電(同步)復(fù)位就可能無(wú)效，這個(gè)時(shí)候各個(gè)模塊(芯片)就可能不會(huì)把總線接口設(shè)置為特定的狀態(tài)，(當(dāng)多個(gè)模塊同時(shí)輸出數(shù)據(jù)到總線上時(shí))就可能導(dǎo)致電平?jīng)_突，嚴(yán)重的話會(huì)燒壞接口。
解決辦法：為了防止芯片上電時(shí)內(nèi)部總線出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，有兩種解決辦法，一種是采用異步上電復(fù)位，如下圖所示:
這個(gè)時(shí)候使用了異步復(fù)位，使能信號(hào)oe輸出0，也就是有了初始的狀態(tài)
另一種方法是使用復(fù)位信號(hào)能直接撤銷(xiāo)三態(tài)使能的電路，如下所示:
從電路圖中可以看到復(fù)位信號(hào)一方面控制了復(fù)位邏輯，另一方面控制了三態(tài)的使能端;這種技術(shù)簡(jiǎn)化了復(fù)位-高阻這個(gè)條路徑的時(shí)序分析。
3、異步復(fù)位
(1)異步復(fù)位電路
異步復(fù)位觸發(fā)器則是在設(shè)計(jì)觸發(fā)器的時(shí)候加入了一個(gè)復(fù)位引腳，也就是說(shuō)復(fù)位邏輯集成在觸發(fā)器里面。
(一般情況下)低電平的復(fù)位信號(hào)到達(dá)觸發(fā)器的復(fù)位端時(shí)，觸發(fā)器進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，直到復(fù)位信號(hào)撤離。帶異步復(fù)位的觸發(fā)器電路圖和RTL代碼如下所示：
(2)異步復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)
①使用異步復(fù)位的最大好處就是復(fù)位路徑上沒(méi)有延時(shí)，如上面的圖所示，復(fù)位信號(hào)一直連接到觸發(fā)器的復(fù)位端口，而不是像同步復(fù)位那樣需要經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)位控制邏輯(如與門(mén))。這樣子就減少了外界信號(hào)的影響。
②與時(shí)鐘沒(méi)有關(guān)系，不管時(shí)鐘上升沿有沒(méi)有到來(lái)，只要復(fù)位信號(hào)一有效，觸發(fā)器就會(huì)復(fù)位，也就是基本上做到實(shí)時(shí)性；由于與時(shí)鐘沒(méi)有關(guān)系，因此也可以用在門(mén)控時(shí)鐘里面。
③綜合工具能自動(dòng)推斷出異步復(fù)位而不必加入任何綜合指令。
(3)異步復(fù)位的缺點(diǎn)
①?gòu)?fù)位撤離問(wèn)題
在介紹復(fù)位撤離問(wèn)題之前，先說(shuō)一下復(fù)位恢復(fù)時(shí)間和去除時(shí)間。所謂的復(fù)位恢復(fù)時(shí)間是指撤離一個(gè)復(fù)位信號(hào)時(shí)，復(fù)位信號(hào)從有效跳變?yōu)闊o(wú)效的時(shí)刻與下一個(gè)有效時(shí)鐘沿之間的這段時(shí)間；去除時(shí)間是指撤離一個(gè)復(fù)位信號(hào)時(shí)，復(fù)位信號(hào)從有效跳變?yōu)闊o(wú)效的時(shí)刻 與上一個(gè)有效時(shí)鐘沿之間的這段時(shí)間（可以類比于觸發(fā)器的建立時(shí)間和保持時(shí)間）。如下圖所示:
上圖中，rst_n1是要求的復(fù)位恢復(fù)時(shí)間，rst_n2滿足復(fù)位恢復(fù)時(shí)間，rst_n3復(fù)位恢復(fù)時(shí)間不足。
上圖中，rst_nA是要求的復(fù)位去除時(shí)間，rst_n2滿足復(fù)位去除時(shí)間，rst_n3復(fù)位去除時(shí)間不足。
從上面的兩個(gè)圖中可以知道，如果你想讓某個(gè)時(shí)鐘沿起作用（也就是采數(shù)據(jù)），那么你就應(yīng)該在“恢復(fù)時(shí)間”之前讓異步控制信號(hào)變無(wú)效；如果你想讓某個(gè)時(shí)鐘沿不起作用（也就是在這個(gè)時(shí)鐘沿依舊復(fù)位），那么你就應(yīng)該在“去除時(shí)間”過(guò)后使控制信號(hào)變無(wú)效。
異步復(fù)位信號(hào)的恢復(fù)和去除時(shí)間需要大于一定的時(shí)間，如果你的異步復(fù)位信號(hào)在這兩種情況之間（撤離），那么就沒(méi)法確定時(shí)鐘沿是否起作用了，即判斷不出是復(fù)位還是不復(fù)位（不復(fù)位即是D觸發(fā)器才輸入端的數(shù)據(jù)）。
介紹了復(fù)位恢復(fù)時(shí)間和去除時(shí)間之后，我們就可以看看異步復(fù)位信號(hào)的問(wèn)題了。由于異步復(fù)位信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)鐘毫無(wú)關(guān)系，復(fù)位可以在隨時(shí)施加，也可以隨時(shí)撤離。在施加的時(shí)候復(fù)位信號(hào)的時(shí)候，不存在任何問(wèn)題，因?yàn)檫@跟復(fù)位恢復(fù)時(shí)間扯不上關(guān)系。
但是，在撤離復(fù)位信號(hào)的情況下就有問(wèn)題了，主要有兩個(gè)問(wèn)題:
● 當(dāng)異步復(fù)位信號(hào)的撤離時(shí)刻在時(shí)鐘有有效沿附近時(shí)，就可能導(dǎo)致恢復(fù)時(shí)間或去除時(shí)間不足，即這個(gè)時(shí)候違背了復(fù)位恢復(fù)時(shí)間或去除時(shí)間，這時(shí)就可能導(dǎo)致觸發(fā)器的輸出端為亞穩(wěn)態(tài)（注意是可能），如下所示:
但是并不是所有情況都會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)復(fù)位值和此時(shí)的的輸出相同時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)，如下圖所示：
這是因?yàn)椋簭?fù)位信號(hào)翻轉(zhuǎn)的時(shí)候，如果復(fù)位信號(hào)判斷是低電平，輸出就復(fù)位即一定是低電平；
如果判斷復(fù)位信號(hào)是高電平，輸出信號(hào)就等于對(duì)輸入信號(hào)的采樣值。圖里面輸入信號(hào)就是低電平，不管你是復(fù)位還是不復(fù)位，輸出一直是低電平，沒(méi)有亞穩(wěn)態(tài)。
● 復(fù)位狀態(tài)不一致的問(wèn)題:
復(fù)位信號(hào)很時(shí)鐘信號(hào)一樣，復(fù)位通過(guò)復(fù)位網(wǎng)絡(luò)到達(dá)各個(gè)觸發(fā)器。一方面，復(fù)位網(wǎng)絡(luò)具有非常大的扇出和負(fù)載，到達(dá)不同的觸發(fā)器存在不同的延時(shí)，也就是存在復(fù)位偏移，因此撤離異步復(fù)位的時(shí)刻也是不一樣的；
另一方面，由于時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)也存在時(shí)鐘偏移。這個(gè)時(shí)候異步復(fù)位信號(hào)就有可能在不同的觸發(fā)器的不同時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行撤離，也就是說(shuō)異步復(fù)位的信號(hào)不一致，如下圖所示:
異步復(fù)位信號(hào)a是異步復(fù)位信號(hào)源，異步復(fù)位信號(hào)b、c、d是到達(dá)觸發(fā)器的異步信號(hào)。
我們可以看到，b信號(hào)是在本周期就撤離了復(fù)位;c信號(hào)則由于復(fù)位恢復(fù)時(shí)間不滿足，則可能導(dǎo)致觸發(fā)器輸出亞穩(wěn)態(tài)：而d信號(hào)則由于延時(shí)太長(zhǎng)（但是滿足了復(fù)位去除時(shí)間），在下一個(gè)周期才撤離復(fù)位。
撤離問(wèn)題的解決方法：異步復(fù)位的同步釋放
異步復(fù)位的同步釋放電路也稱為復(fù)位同步器，這個(gè)方法是將外部輸入的異步復(fù)位信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生另外一個(gè)適合用于后面電路的復(fù)位信號(hào)，這個(gè)處理后的復(fù)位信號(hào)能夠異步復(fù)位電路中的觸發(fā)器，又不會(huì)存在撤離問(wèn)題（因?yàn)榻?jīng)過(guò)了同步）；這個(gè)異步復(fù)位同步釋放的處理電路和RTL代碼如下所示:
從圖中可以看到，這是用外部異步復(fù)位信號(hào)來(lái)復(fù)位一對(duì)觸發(fā)器，這對(duì)觸發(fā)器異步地驅(qū)動(dòng)主復(fù)位信號(hào)，也就是這對(duì)觸發(fā)器產(chǎn)生電路需要的復(fù)位信號(hào)，這些復(fù)位信號(hào)再到達(dá)各個(gè)觸發(fā)器，然后進(jìn)行復(fù)位。
理想的異步復(fù)位同步釋放的時(shí)序如下所示:
上圖中，在理想的情況下，復(fù)位信號(hào)在兩級(jí)D觸發(fā)器上面的撤離時(shí)間可能不一樣，這個(gè)和復(fù)位信號(hào)傳輸?shù)降挠|發(fā)器位置和觸發(fā)器的時(shí)鐘沿有關(guān)。理想情況下的復(fù)位信號(hào)傳輸?shù)侥繕?biāo)觸發(fā)器都能夠同時(shí)撤離，并且不在時(shí)鐘有效沿附近。
實(shí)際情況一般不是那么理想的，當(dāng)不是理想的情況下，也就是說(shuō)復(fù)位信號(hào)到達(dá)目標(biāo)寄存器存在時(shí)鐘偏移，并且復(fù)位信號(hào)有可能在時(shí)鐘有效沿附近撤離，這個(gè)時(shí)候復(fù)位器出現(xiàn)的問(wèn)題就有三種：第一級(jí)OK，第二級(jí)出現(xiàn)問(wèn)題；第一級(jí)出現(xiàn)問(wèn)題，第二級(jí)OK；兩級(jí)都出現(xiàn)問(wèn)題。
下面我們就來(lái)看看這三種情況下產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)是什么情況：
第一級(jí)的撤離沒(méi)有問(wèn)題，第二級(jí)的撤離出現(xiàn)在時(shí)鐘的有效沿附近，也就是說(shuō)第二級(jí)的D觸發(fā)器的撤離時(shí)間不滿足復(fù)位恢復(fù)時(shí)間或者去除時(shí)間，這時(shí)候的時(shí)序圖如下所示:
我們可以看到無(wú)論是觸發(fā)器判斷此刻是復(fù)位還是不復(fù)位，輸出都是一樣的，也就是說(shuō)，輸出rst_n不是亞穩(wěn)態(tài)，而是確定的值。
第一級(jí)的撤離出現(xiàn)問(wèn)題，第二級(jí)的撤離沒(méi)有問(wèn)題，這時(shí)候的時(shí)序圖如下所示：
我們可以看到，第一級(jí)觸發(fā)器雖然產(chǎn)生了亞穩(wěn)態(tài)，但是由于第二級(jí)觸發(fā)器的存在，亞穩(wěn)態(tài)并沒(méi)有傳播下去，得到的復(fù)位信號(hào)依然是干凈的，只不過(guò)這個(gè)復(fù)位信號(hào)可能延長(zhǎng)多一個(gè)周期而已（這是因?yàn)閬喎€(wěn)態(tài)穩(wěn)定后的可能態(tài)引起的）。
最極端的一種情況是，兩級(jí)的撤離都不滿足復(fù)位恢復(fù)時(shí)間或者去除時(shí)間，這時(shí)候的時(shí)序圖如下所示：
我們可以看到第一級(jí)觸發(fā)器產(chǎn)生了亞穩(wěn)態(tài)，但是由于第二級(jí)觸發(fā)器的存在，亞穩(wěn)態(tài)沒(méi)有傳播下去；雖然第二級(jí)觸發(fā)器的復(fù)位信號(hào)撤離也在時(shí)鐘有效沿附近，但是跟第一種情況一樣，第二級(jí)觸發(fā)器是不會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的。因此即使是極端狀態(tài)，輸出的復(fù)位信號(hào)也是干凈的。
由此我們可以看到，異步復(fù)位的同步撤離能夠有效地解決撤離導(dǎo)致的復(fù)位恢復(fù)時(shí)間或者去除時(shí)間不足的問(wèn)題，同時(shí)把復(fù)位信號(hào)同步化，解決了復(fù)位撤離偏移的問(wèn)題。
②異步復(fù)位的抖動(dòng)問(wèn)題
當(dāng)外部輸入的異步復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生毛刺時(shí)，任何滿足觸發(fā)器最小復(fù)位脈沖寬度的輸入都有可能引起觸發(fā)器復(fù)位，這問(wèn)題是源頭上的問(wèn)題，即使是使用上面的同步器，也還是有同樣的敏感問(wèn)題，時(shí)序圖如下所示：
解決方法：一個(gè)是使用同步復(fù)位，另一個(gè)就是過(guò)濾毛刺了，過(guò)濾毛刺和消抖的思路有點(diǎn)像，主要就是經(jīng)過(guò)一段延時(shí)之后，在經(jīng)過(guò)邏輯門(mén)判斷產(chǎn)生外部來(lái)的是不是真正復(fù)位信號(hào)，加上過(guò)濾毛刺信號(hào)部分的同步撤離電路和時(shí)序如下所示：
在上圖中，我們可以看到，抖動(dòng)問(wèn)題得到了解決。然而這種方法還是有缺點(diǎn)的，主要就是這個(gè)延時(shí)電路的延時(shí)控制可能隨著環(huán)境而變化，而且延時(shí)的時(shí)間要合適長(zhǎng)才行，絕對(duì)不能太短。
③DFT的問(wèn)題
在DFT的時(shí)候，如果異步復(fù)位信號(hào)不能直接被I/O引腳驅(qū)動(dòng)，就必須將異步復(fù)位線和后面的的被驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)，用來(lái)保證DFT掃描和測(cè)試能夠正確進(jìn)行?？傊惒綇?fù)位增加了DFT的復(fù)雜性。
4、復(fù)位策略——復(fù)位網(wǎng)絡(luò)
在數(shù)字電路里面，復(fù)位信號(hào)驅(qū)動(dòng)了很多觸發(fā)器，僅次于時(shí)鐘，因此復(fù)位也往往形成或者使用復(fù)位網(wǎng)絡(luò)。
復(fù)位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也是有值得斟酌的地方，例如，由于復(fù)位的扇出太大，全部的復(fù)位不能僅僅由一個(gè)端口驅(qū)動(dòng)，也就是不能像下面一樣：
既然上面的不行，那就改成下面的唄，也就是使用多各“并聯(lián)”的同步釋放，分擔(dān)一下負(fù)載壓力：
然而這種方案還是有問(wèn)題的，這是第一級(jí)的撤離出現(xiàn)問(wèn)題，第二級(jí)的撤離沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候，亞穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定后的狀態(tài)可能不一樣，導(dǎo)致rst_n的復(fù)位不一致，有的復(fù)位可能會(huì)快/慢一個(gè)周期。
最后的方案是，先進(jìn)行同步釋放之后，同步后的復(fù)位信號(hào)又當(dāng)做各個(gè)部分的異步信號(hào)，然后進(jìn)行同步釋放，如下所示：
這樣先經(jīng)過(guò)前級(jí)的同步釋放之后，就不存在亞穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定好導(dǎo)致的輸出rst_n不一致的問(wèn)題了。
最后說(shuō)一下多時(shí)鐘域的復(fù)位：在多時(shí)鐘域復(fù)位中，外部的異步復(fù)位信號(hào)的同步釋放應(yīng)該各自的時(shí)鐘進(jìn)行同步，比如異步FIFO中，寫(xiě)時(shí)鐘域就用寫(xiě)時(shí)鐘進(jìn)行同步釋放；讀時(shí)鐘域就用讀時(shí)鐘進(jìn)行同步釋放。
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