为什么单独的双同步器不足以在两个时钟域之间进行多字节传输?

Question

当一位信息在两个不同的时钟域之间传输时，我们使用两个触发器或双同步器。但是，当我们在两个不同的时钟域之间传输多位信号时，为什么仅仅使用双同步器是不够的呢？为什么在这种情况下，我们需要特殊的握手信号/格雷码等以及使整个设置复杂化的双同步触发器？

Answer 1

传输单个位很简单。它只有两种状态，当转换发生时，它只能处于以前的状态或新的状态。因此，唯一关心的是亚稳态，而双触发器同步器通常足以解决这个问题。

然而，多位总线还有一个额外的问题——当跨越时钟域边界时，不同的位可能被认为在不同的时钟边缘上发生了变化，这是因为在逻辑和线路上的延迟有微小的差异。一些比特可能会变成亚稳态，而另一些不会，它们可能需要不同的时间来自行分解。现在你不只是有前一个状态和下一个状态你可以有任意数量的中间状态只有一些位有它们的新值，而一些位仍然有它们的旧值。

这个额外的数据一致性问题就是为什么需要额外的握手逻辑。这就是为什么双时钟或异步FIFO是涉及多个时钟域的数字系统的关键组成部分——它将所有需要的元素聚集到一个整洁的包中。