[發明專利]用于將與時鐘信號有關的異步數據信號進行鎖存的數據同步器

有效

• 申請號: 201710823056.0
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107733421B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 詹姆斯·R·隆柏格
• 申請（專利權）人: 上海兆芯集成電路有限公司
• 主分類號: H03K19/003
• 分類號: H03K19/003;H03K19/20
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

一種將與時鐘信號有關的異步輸入數據信號進行鎖存的數據同步器。所述數據同步器包括：輸入電路、第一傳輸門和第二傳輸門、第一反相器和第二反相器以及門控器。輸入電路基于異步輸入數據信號將第一數據節點和第二數據節點驅動至相反的邏輯狀態。每個傳輸門耦合在輸入數據節點和采集節點之間。反相器交叉耦合在采集節點之間。門控器能夠在采集節點處于亞穩定期間保持傳輸門至少部分打開，以及當采集節點處于相反的邏輯狀態時關閉傳輸門。采集節點可以以基本平衡的方式被緩存以提供緩沖輸出，并且該緩沖輸出可以被寄存到時鐘域中。所述數據同步器可以采用FinFET器件實現。

相關申請的交叉引用

本申請與下列美國專利申請相關，該美國專利申請在此同時提交并且出于所有的意圖和目的通過引用整體地結合于本申請。

技術領域

本發明大體涉及將與時鐘信號有關的異步數據信號進行鎖存，尤其涉及一種在出現亞穩態時延遲鎖存器的采集時鐘的數據同步器，以使數據信號可以被成功鎖存，使得數據信號可以最終被成功寄存至由時鐘信號控制的時鐘域中。

背景技術

在數字系統中，亞穩態是一種非理想狀態，在該狀態下，數字信號或者二進制信號臨時呈現出一種可能導致機器故障或電路故障的錯誤或無效狀態。數字系統中的二進制信號具有一個無效狀態，此時它的信號強度(電壓或電流)不高不低，而是在一個中間的電壓范圍而致使它的邏輯狀態不確定。當存在時鐘偏移或者每當建立時間和保持時間發生沖突時，亞穩態就有可能產生。一個觸發器可以用于將數據信號寄存至時鐘域內。如果數據信號是從一個不同的時鐘域產生的或者是一個異步信號，那么這個數據信號有可能改變違反觸發器的建立時間和持續時間的狀態，例如處在或鄰近一個驅動觸發器的時鐘信號的有效邊界。在上述時序沖突的情況下，觸發器可能進入一個亞穩態，此時，在進入正確狀態之前，觸發器臨時進入一個錯誤甚至無效的狀態。

一個傳統的解決方案是將數據信號傳輸通過兩個串聯耦合的寄存器，此時，第二寄存器提供用于從第一寄存器中清除該信號。然而，系統運行的越快，第二寄存器最終失敗或寄存一個錯誤值的可能性就越高。另一個傳統方法是簡單向串聯的寄存器中增加另外的寄存器，用于進一步減小失敗的可能性。在許多數字電路中這個方法可能不理想，因為它會增加顯著的延遲進而降低性能。

另一個傳統解決方案依賴于調節單個晶體管的驅動能力的相關大小或比例的能力來檢測亞穩定性。更新的科技，例如量化的FinFET技術，以降低調節單個晶體管大小和驅動能力為代價，來達到更高水平的擴展和表現水平。傳統解決方案中所采用的技術，運用任何種類的技術包括最新FinFET技術或類似技術，并不能在所有運行條件下都保證適當的運行表現。

發明內容

根據一實施例，將與時鐘信號有關的異步輸入數據信號進行鎖存的數據同步器包括一個輸入電路、第一傳輸門和第二傳輸門、第一反相器和第二反相器以及一個門控器。輸入電路將第一數據節點和第二數據節點驅動到相反的邏輯狀態作為對異步輸入數據信號的響應。第一傳輸門耦合在所述第一數據節點和第一采集節點之間，且具有至少一個控制端子，第二傳輸門耦合在所述第二數據節點和第二采集節點之間，且具有至少一個控制端子。第一反相器和第二反相器交叉耦合在所述第一采集節點和第二采集節點之間。作為對時鐘信號的響應，門控器能夠在所述采集節點處于亞穩態期間保持所述傳輸門至少部分打開，并且能夠當所述采集節點都穩定至相反的邏輯狀態時關閉所述傳輸門。