首先要知道,信号在FPGA器件内部通过连线和逻辑单元时,都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关,同时还受器件的制造工艺,工作电压,温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素,多路信号的电平值发生变化时,在信号变化的瞬间,组合逻辑的输出有先后顺序,并不是同时变化,往往会出现一些不正确的尖峰信号,这些尖峰信号称为“毛刺”。如果一个组合逻辑电路中有“毛刺”出现,就说明该电路存在“冒险”。与分立元件不同,由于FPGA内部不存在寄生电容电感,这些毛刺将被完整的保留并向下一级传递,因此毛刺现象在FPGA设计中尤为突出。
冒险往往会影响到逻辑电路的稳定性。时钟端口,清零和置位端口对毛刺信号十分敏感,任何一点毛刺都可能会使系统出错,因此判断逻辑电路中是否存在冒险以及如何避免冒险是设计人员必须要考虑的问题。
如何处理毛刺呢?我们可以通过改变设计,破坏毛刺产生条件,来减少毛刺的发生。例如,在数字电路设计中,常常采用格雷码计数器取代普通的二进制计数器,这是因为格雷码计数器的输出每次只有一位跳变,消除了竞争冒险的发生条件,避免了毛刺的产生。
毛刺并不是对所有的输入都有危害,例如D触发器的D输入端,只要毛刺不出现在时钟的上升沿并且满足数据的建立和保持时间,就不会对系统造成危害,我们可以说D触发器的D输入端对毛刺不敏感。根据这个特性,我们应该在系统中尽可能采用同步时钟,这是因为同步时钟的变化发生在时钟沿,只要毛刺不出现在时钟的沿口并且不满足数据的建立和保持时间,就不会对系统造成危害(由于毛刺很短,多为几纳秒,基本上都不可能满足建立和保持时间)。
注意上面的理解是我在相关资料上看到的。
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