用于确定用于安全采样时钟域的信号的时间的系统和方法
【专利摘要】本发明提供用于确定用于安全采样时钟域的信号的时间的系统和方法。在一个实施例中，基于第二时钟域和第一时钟域之间的相对频率估计来计算第一时钟域的相位估计，以及基于相位估计来确定在其期间来自第一时钟域的信号不变使得信号能够由第二时钟域安全采样的第一时间，以在第二时钟域中生成第一经采样的信号。此外，计算经更新的相位估计，并且基于经更新的相位估计来确定在其期间来自第一时钟域的信号正在改变使得信号不能够由第二时钟域安全采样的第二时间。在第二时间期间维护第二时钟域中的第一经采样的信号。
【专利说明】用于确定用于安全采样时钟域的信号的时间的系统和方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请是于2010年11月30日提交的12/957，262号美国申请的部分继续申请案，其要求享有于2009年11月30日提交的61/265，280号美国临时申请的优先权。这些申请的全部内容通过援弓I并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及在时钟域之间所传输的信号，并且更具体地，涉及使时钟域同步。
【背景技术】
[0004]许多数字系统具有多个时钟域。因此，当信号从一个时钟域移动到另一个时，必须使它们同步以避免亚稳定性和同步故障。如果两个时钟具有固定的频率，则两个时钟之间的相位关系是以两个时钟的拍频而周期性的。通过利用该周期性的相位关系，周期性的同步器可以比必须完全处置异步信号的同步器更简单、具有更低的延迟和更低的故障可能性。
[0005]不幸的是，附加的周期性同步器展示出各种限制。例如，大多数现有系统的信号使用异步先入先出(FIFO)来与周期性时钟同步。这些引发对FIFO存储器的显著的面积开销。它们还添加数个周期的延迟，因为必须通过多个触发器使FIFO的经格雷编码的输入和输出指针同步以跨时钟域移动它们。
[0006]因此存在对于解决与现有技术相关联的这些和/或其他问题的需要。
【发明内容】
[0007]提供用于确定用于安全采样时钟域的信号的时间的系统和方法。在一个实施例中，基于第二时钟域和第一时钟域之间的相对频率估计来计算第一时钟域的相位估计，以及基于相位估计来确定在其期间来自第一时钟域的信号不变使得信号能够由第二时钟域安全采样的第一时间，以在第二时钟域中生成第一经采样的信号。此外，计算经更新的相位估计，并且基于经更新的相位估计来确定在其期间来自第一时钟域的信号正在改变使得信号不能够由第二时钟域安全采样的第二时间。在第二时间期间维护第二时钟域中的第一经采样的信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出了根据一个实施例的、用于使用频率估计来确定用于安全采样时钟域的信号的时间的方法。
[0009]图2示出了根据另一个实施例的、用于使用相位估计来确定用于安全采样时钟域的信号的时间的方法。
[0010]图3示出了根据又一个实施例的、用于使用相位估计来安全采样时钟域的信号的全数字周期性同步器。[0011]图4示出了根据再一个实施例的频率估计器。
[0012]图5A示出了根据另一个实施例的相位检测器。
[0013]图5B示出了根据又一个实施例的、用于分开的早和迟检测的相位检测器。
[0014]图5C示出了根据再一个实施例的四样本相位检测器。
[0015]图示出了根据另一个实施例的相位检测器校准器。
[0016]图5E示出了根据另一个实施例的、用于检测奇相位和偶相位的相位检测器。
[0017]图6示出了根据又一个实施例的相位估计器。
[0018]图7示出了根据再一个实施例的冲突检测器。
[0019]图8示出了根据另一个实施例的半权重(power-of-half)冲突检测器。
[0020]图9示出了根据又一个实施例的向前同步器。
[0021]图10示出了根据图9所示的向前同步器的操作的同步器状态图。
[0022]图11示出了图9所示的向前同步器的操作的时序图。
[0023]图12示出了根据又一个实施例的、具有流控制的同步器。
[0024]图13示出了图12所示的具有流控制的同步器的操作的时序图。
[0025]图14示出了根据另一个实施例的相位循环，所述相位循环示出偶阻进(keep-out)区域和奇阻进区域以及在其中选择偶寄存器的区域。
[0026]图15示出了根据另一个实施例的、使用偶/奇向前同步器的FIFO同步器。
[0027]图16示出了根据另一个实施例的FIFO同步器，其中维持头部指针和尾部指针的偶版本和奇版本进一步降低FIFO延迟。
[0028]图17A-D示出了根据其他实施例的各种相位循环。
[0029]图18示出了在其中可以实现各先前实施例的各种架构和/或功能性的例示性系统。
[0030]图19A示出了根据又一个实施例的、用于使用相位估计来确定用于安全采样时钟域的信号的时间的方法。
[0031]图19B示出了根据又一个实施例的向前同步器。
[0032]图19C示出了根据图19B所示的向前同步器的操作的同步器状态图。
【具体实施方式】
[0033]表I示出了下文对图的描述中所引用的各种符号和信号名称，针对这类符号和信号名称的至少一些附有例示性的值。
[0034]表I
[0035]
【权利要求】
1.一种方法，包括: 基于第二时钟域和第一时钟域之间的相对频率估计来计算所述第一时钟域的相位估计； 基于所述相位估计来确定在其期间来自所述第一时钟域的信号不变使得所述信号能够由所述第二时钟域安全采样的第一时间； 在所述第一时间期间生成所述第二时钟域中的第一经采样的信号； 计算经更新的相位估计； 基于所述经更新的相位估计来确定在其期间来自所述第一时钟域的所述信号正在改变使得所述信号不能够由所述第二时钟域安全采样的第二时间；以及 在所述第二时间期间维护所述第二时钟域中的所述第一经采样的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述相位估计是包括上限和下限的区间。
3.如权利要求2所述的方法，其中确定在其期间来自所述第一时钟域的所述信号正在改变使得所述信号不能够由所述第二时钟域安全采样的的所述第二时间的所述步骤包括确定所述上限和所述下限之间的差超过阈值。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述相位估计在所述第二时钟域的多个周期中的每一个期间被增量。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述相位估计对所述第一时钟域的偶周期和奇周期内的相位进行编码。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括使在所述第二时钟域的周期期间检测所述第一时钟域中的时钟沿失败，并且其中对所述经更新的相位估计的所述计算包括将所述相位估计增量所述相对频率估计。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二时钟域的周期期间检测所述第一时钟域中的时钟沿，并且其中对所述经更新的相位估计的所述计算包括将所述经更新的相位估计设置为等于检测区间。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括增量所述信号不能够被安全采样的周期的计数。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括: 确定所述周期的计数超过预定值；以及 以准同步模式进行操作。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述经更新的相位估计指示所述第一时钟域中的时钟沿位于阻进范围内，在其内所述信号不能够由所述第二时钟域安全采样。
11.如权利要求1所述的方法，其中计算所述相位估计进一步包括通过应用对与所述相位估计相关联的检测区间的上限来补偿同步器延迟。
12.如权利要求1所述的方法，其中使用区间运算来计算所述相位估计以维护对与所述相位估计相关联的相位的准确误差界限。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第一时钟域在连续的周期上连续地写到多个寄存器，并且其中所述第二时钟域使用所述相位估计来选择所述多个寄存器中的对在所述第二时钟域中采样安全的、最近所写的寄存器。
14.如权利要求13所述的方法 ，其中所述多个寄存器仅包括两个寄存器。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述交替的周期包括偶周期和奇周期，使得所述多个寄存器中的第一个在所述偶周期期间被写并且所述多个寄存器中的第二个在所述奇周期期间被写。
16.如权利要求1所述的方法，其中通过使用多个偶/奇同步器来实现FIFO同步器以将尾部指针传递到输出时钟域中并且将头部指针传递到输入时钟域中。
17.如权利要求16中所述的方法，其中通过以下步骤利用偶尾部指针、奇尾部指针、偶头部指针和奇头部指针: 在输入时钟的偶时钟周期上计算所述偶尾部指针并且在所述输入时钟的奇时钟周期上计算所述奇尾部指针；以及 在所述输入时钟的所述偶时钟周期上将所计算的偶尾部指针存储在偶尾部寄存器中并且在所述输入时钟的所述奇时钟周期上将所计算的奇尾部指针存储在奇尾部寄存器中。
18.—种系统,包括: 相位估计器，其配置为: 基于第二时钟域和第一时钟域之间的相对频率估计来计算所述第一时钟域的相位估计，以及 针对所述第二时钟域中的每个周期，计算经更新的相位估计；以及 同步器，其耦连到所述相位估计器并且配置为: 基于所述相位估计来确定在其期间来自所述第一时钟域的信号不变使得所述信号能够由所述第二时钟域安全采样的第一时间， 在所述第一时间期间生成所述第二时钟域中的第一经采样的信号， 基于所述经更新的相位估计来确定在其期间来自所述第一时钟域的所述信号正在改变使得所述信号不能够由所述第二时钟域采样的第二时间，以及 在所述第二时间期间维护所述第二时钟域中的所述第一经采样的信号。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述相位估计是包括上限和下限的区间。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述相位估计在所述第二时钟域的多个周期中的每一个期间被增量。
【文档编号】H04J3/06GK103812590SQ201310557158
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】斯蒂芬·G·特尔 申请人:辉达公司