SE521447C2 - Metod och arrangemang för att förhindra metastabilitet - Google Patents

Description

521 447 För en bättre förståelse av begreppet metastabilitet hänvisas till publikationen "Contemporary Logic Design" av Randy H. Katz vid University of California, publicerad 1993 av Benjamin Cummings/Addison Wesley Publishing Company, med speciell hänvisning till kapitlet med titeln "Metastability and Asynchronous Inputs" vilket kapitel firms tillgänglig på Internet via följ ande URL: httpzllhttp.cs.berkeley.edu/~randy/CLD/chapter6/chapter06.doc4.html Den mest använda metoden för att överkomma problem med metastabilitet är att ta emot signalen via två på varandra följande vippor vilket gör att metastabiliteten dör ut mellan vipporna.

En arman lösning är att använda en vippa och en klockfrekvens som är så låg så att metastabiliteten har tid att lägga sig under en klockcykel eller klockperiod för använd klockfrekvens.

Då allt högre överföringshastigheter används ökar problemen med metastabilitet.

Med tillräckligt höga överföringshastigheter är en klockperiod så kort att meta- stabiliteten inte hinner dö ut under en klockperiod. Detta medför inte endast att man inte vet om mottagen signal år korrekt utan dessutom att en metastabilitet kan spridas till nästkommande krets och så vidare in genom ett mottagande system.

När det gäller det specifika problemet med överföring mellan två klockdomäner med sinsemellan olika klockfrekvenser är det tidigare känt att lösa detta problem på olika sätt; 10 15 20 25 521 447 A 3 Patentpublikation US-A-5 867 695 beskriver en metod och ett system anpassat att erbjuda en kommunikation mellan enheter som verkar med olika klockfrekvenser.

Genom en utvärdering av skillnaden i klockfrekvens bestäms perioder under vilka metastabilitet kan uppkomma. Data som överförs från den ena enheten till den andra processas kontinuerligt.

Under perioder då metastabilitet kan förekomma tas data emot via en speciell process, under andra perioder tas data emot direkt. Den speciella processen består i att klocka in data via två på varandra följande vippor. Även patentpublikation US-A-5 602 878 beskriver hur mottagen infonnation tas emot via dubbla vippor om risk för metastabilitet föreligger och att armars tas informationen emot direkt.

Patentpublikation US-A-4 525 849 beskriver hur det är möjligt att medelst en buffert i samverkan med olika synkroniseringskretsar ta emot information skickad från ett klocksystem till ett mottagande oberoende asynkront klocksystem.

Patentpublikation GB-A-2 262 415 beskriver en metod och en apparat där ett handskakningsförfarande används varigenom två olika system verkande i olika klockdomäner kan fastställa när information kan överföras utan risk för meta- stabilitet.

Patentpublikationerna EP-A2-0 436 371 och US-A-5 764 710 är ytterligare publikationer som behandlar problematiken med metastabilitet.

Det skall även nämnas att metastabiliteten i sig är energikrävande, eftersom en 20 521 447 x 4 metastabil vippa slår mellan två lägen vilket kräver energi.

Den traditionella lösningen med två på varandra följande vippor är även den energikrävande eftersom två vippor används i stället för en.

REDoGöRELsE FÖR FÖRELIGGANDE UPPFINNING TEKNISKA PROBLEM Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den beskrivits ovan, är det ett tekniskt problem att, med utgångspunkt från en metod eller ett arrange- mang som används i samband med att en asynkron digital signal tas emot i en första klockdomän, verkande med en första klockfrekvens, där den mottagna signalen kommer från en andra klockdomän, verkande med en andra klockfre- kvens, där den andra klockfrekvensen är känd inom den första klockdomänen, där en referenssignal är tillgänglig inom den första klockdomänen, och där fasinfor- mation från denna referenssignal firms tillgänglig i den andra klockfrekvensen, dock med en viss osäkerhet, firma en möjlighet att ta emot denna signal utan att riskera att metastabilitet uppkommer bland mottagande kretsar i den första klock- domänen.

Detta är ett speciellt tekniskt problem i det fall som den första klockfrekvensen är så hög så att en eventuell metastabilitet inte hinner dö ut under en klockperiod enligt klockfrekvensen i den första klockdomänen, vilket inte endast skulle resul- tera i att signalen från en metastabil krets inte skulle vara tillförlitlig utan dess- :inom att en uppkommen metastabilitet skulle loanna. spridas in till övriga kretsar i den första klockdomänen. 10 15 20 25 521 447 Det är ett tekniskt problem att kunna definiera en säker tidsperiod under vilken den mottagna signalen kan läsas utan att risken för metastabilitet föreligger.

Det är ett telmiskt problem att utnyttja det kända förhållandet mellan referens- signalen och den andra klockfrekvensen för att därigenom kunna finna en sådan säker tidsperiod.

Det är vidare ett tekniskt problem att genom lösningen på hur den tidigare nämnda säkra perioden genereras även kunna generera en referenssignal eller klockfrekvens för den andra klockdomänen.

Det är även ett tekniskt problem att, i det fall som den första klockfrekvensen är högre än den andra klockfrekvensen, kunna erbjuda en kontinuerlig tillgång till värdet för mottagen signal under en hel period enligt den andra klockfrekvensen även om den säkra tidsperioden endast varar under exempelvis en period enligt den första klockfrekvensen.

LÖSNINGEN För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen utgår fö- religgande uppfinning från en metod, eller ett arrangemang, för att förhindra meta- stabilitet i samband med att en asynkron digital signal tas emot i en första klock- domän, verkande med en första klockfrekvens, där den mottagna signalen kom- mer från en andra klockdomän, verkande med en andra klockfrekvens, där den andra ldockfifekvens år den första klockdomänen, där en referens- V) 0-1. gnal, med en i den första klockdomänen känd fasinforrnation, används som 10 15 20 25 521 447 6 referens för klockfrekvensen i den andra klockdomän, och där fasinformationen, med en viss osäkerhet, firms tillgänglig i den mottagna signalen.

Med avsikten att erbjuda en möjlighet att läsa värdet för mottagen signal på ett säkert sätt, utan risk för att denna genererar en metastbilitet, anvisar föreliggande uppfinning att den mottagna fasinforrnationen, med dess osäkerhet, används för att på ett stabilt sätt avläsa den mottagna signalen.

Enligt föreliggande uppfinnjng kan en referenssignal genereras i den första klock- domänen. Denna kan utgöra en tredje klockfrekvens som används vid överförin- gen av information från den första klockdomänen till den andra klockdomänen och därmed överförs även fasinfonnationen från referenssignalen till den andra klockdomänen. Osäkerheten i fasinforrnationen i den mottagna signalen består av osäkerheten i fasförhållandet mellan den andra klockfrekvensen och den tredje klockfrekvensen.

Den första klockfrekvensen är högre än den tredje klockfrekvensen och varje period enligt nämnda tredje klockfrekvens skall enligt föreliggande uppfinning in- delas i en första och en andra del. Den första delen motsvaras åtminstone av osäkerheten och inleder varje period och den andra delen utgör resterande del av varje period. En avläsning av den mottagna signalen sker under en specifik period enligt den första klockfrekvensen som infaller under den andra delen.

Det kända förhållandet mellan den andra och tredje klockfrekvensen, det vill säga storleken på osäkerheten i fasskillnaden, erbjuder således en möjlighet att ta fram en säker tidsperiod för avläsning av den mottagna signalen, vilken tidsperiod är den andra delen av en period enligt den tredje klockfrekvensen. 10 15 20 25 521 44-7 Genom att generera en puls under den specifika perioden enligt den första klock- frekvensen kan denna puls användas för att markera när det är säkert att avläsa den mottagna signalen.

Enligt föreliggande uppfinning skall en räknare räkna igenom ett antal tillstånd motsvarade antalet perioder som enligt den första klockfrekvensen hinner passera under en period enligt den tredje klockfrekvensen, och pulsen skall genereras under ett förbestämt tillstånd för räknaren.

Enligt känd teknik kan klockfrekvensen verkande inom den andra klockdomänen erhållas från den första klockdomänen genom en neddelning av den första klock- frekvensen. Enligt föreliggande uppfinning kan detta ske genom att referenssig- nalen, och därmed den tredje klockfrekvensen, används som referens för klock- frekvensen i den andra klockdomänen och denna referenssignal kan genereras med utgångspunkt från den tid det tar för räknaren att räkna igenom sina tillstånd.

Enligt föreliggande uppfinning är det även möjligt att göra värdet från en avläs- ning tillgängligt för den första klockdomänen under en tidsperiod som motsvaras av en hel period av den tredje klockfrekvensen efter att en avläsning av mottagen signal skett.

Denna tillgänglighet möjliggörs genom att den mottagna signalen tas emot av en 2:1 multiplexer vilken vidarebefordrar mottagen signal endast under den specifika perioden, och vilken vidarebefordrar en återkopplad signal från sig själv vid varje annan period. 10 15 20 25 521 447 8 Enligt föreliggande uppfinning möjliggörs en sådan återkoppling genom att den från multiplexem vidarebefordrade signalen tas emot av en vippa, såsom en D- vippa, där utsignalen från vippan utgör den för den första klockdomänen tillgäng- liga mottagna signalen samt den till multiplexern återkopplade signalen. Vippan klockas av den första klockfrekvensen, och den av räknaren genererade pulsen utgör erforderlig enable-signal för multiplexern.

FÖRDELAR De fördelar som främst kan få anses vara kärmetecknande för en metod och ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning är att här-igenom kan en asynkron sig- nal från en klockdomän mottas i en annan klockdomän utan risk för metastabilitet i den mottagande klockdomänen, även i de fall som klockfrekvensen i den mot- tagande klockdomänen är så hög så att traditionella metoder för att hantera meta- stabilitet inte kan användas.

En lösning enligt föreliggande uppfinning är även väsentligen effektsnålare än traditionella lösningar av metastabilitet eftersom, enligt en föredragen utförings- form, endast en vippa används, vilken inte försätts i metastabilitet. Enligt en annan föredragen utföríngsfonn, närmare visad under beskrivningen av föreslagna utföringsformer, används ingen vippa utan endast en OCH-grind vilket erbjuder en ytterligare effektsnålare tillämpning.

Vidare erbjuder föreliggande uppfinning medel för att generera den tredje klock- fiekvensen, vilken även kan användas som referensfrekvens för den andra klock- domänen. 10 15 20 25 Det som främst kan få anses vara kânnetecknande för en metod i enlighet med föreliggande uppfinning anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del och det som 'främst kan få anses vara kännetecknande för ett arrangemang i enlighet med föreliggande uppfinning anges i det efterföljande patentkravets 12 kännetecknande del.

KORT FIGURBESKRIVNING En metod och ett arrangemang, uppvisande de med föreliggande uppfinning för- knippade egenheterna, skall i exemplifierande syfte nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, där; figurl visar schematiskt och mycket förenklat en första och en andra klockdomän, samt vissa kommunikationsledningar däremellan, visar schematiskt tre olika klockfrekvenser och ett första in- bördes förhållande mellan dessa, visar schematiskt tre olika klockfrekvenser och ett andra in- bördes förhållande mellan dessa, visar schematiskt tvâ olika kloclefifekwfenser, den fasmässiga osäkerheten i förhållande till den tredje klockfrekvensen samt 20 25 521 447 10 en genererad puls som anger ett säkert tidsintervall för läsning av mottagen signal, figur 5 visar schematiskt en första utföringsfonn av en mottagande enhet omfattande en multiplexer och en D-vippa, och figur 6 visar schematiskt en andra utföringsform av en mottagande enhet omfattande en OCH-grind.

BESKRIVNING ÖVER NU FöREsLAGNA UTFömNGsFoRMER Med hänvisning till figur 1 visas således en metod för att förhindra metastabilitet i samband med att en asynkron digital signal A tas emot i en första klockdomän 1 från en andra klockdomän 2.

Den första klockdomänen l verkar med en första klockfrekvens Cl och den andra klockdomänen 2 verkar med en andra klockfrekvens C2, där i detta fall den första klockfrekvensen Cl är högre än den andra klockfrekvensen C2.

Enligt förutsättningarna för föreliggande uppfimiing är den andra klockfrekvensen C2 känd inom den första klockdomänen 1 genom att den mottagna signalen A tas emot med den andra klockfrekvensen C2.

En i den första klockdomänen genererad referenssignal R används som referens för den klockfrekvens som verkar inom den andra klockdomänen 2. Denna refe- renssignal har i den första klockdoniä .en en känd fas och frekvens, vilken fas- information även finns tillgänglig i den mottagna signalen A, dock med en viss 10 15 20 25 521 447 11 osäkerhet.

Referenssignalen R kan användas som referens till klockfrekvensen C2 inom den andra klockdomänen 2, exempelvis genom att den information B som skickas från den första klockdomänen 1 till den andra klockdomänen 2 skickas med en tredje klockfrekvens C3 som utgöres av, eller kommer från, referenssigrialen R.

Detta är vanligt förekommande i exempelvis telekommunikationssammarihang där den första klockdomänen l kan utgöra ett nätverk med överföring av information i hög hastighet, såsom 670 MHz, vilket utgör den första klockfrekvensen Cl, och där denna information skall hanteras inom en telefonväxelenhet, den andra klock- domänen 2, vilken verkar med en klockfrekvens som exempelvis är en tiondel av den första klockfrekvensen, alltså 67 MHz, vilket utgör den tredje klockfrekven- sen C3.

Vid överföringen av informationen från den första klockdomänen l till den andra 2 omvandlas informationen från seriellt överförd information lla till parallellt Överförd information llb medelst ett skiftregister ll. Därefter klockas informa- tionen in i den andra klockdomänen 2 med en referensfrekvens som genereras i den första klockdomänen 1. Denna referensfrekvens utgörs av den här benämnda tredje klockfrekvensen C3.

Ifigur 1 visas schematiskt att inkommande information till skiftregistret ll in- kommer på en enkel ledare lla med en frekvens enligt den första klockfrek- vensen Cl och att utgående information från skiftregistret 11, ut ur den första klockdomänen l, utgår på ett flertal parallella ledare llb med en frekvens enligt den tredje klockfrekvensen C3. 10 15 20 25 (TI FO ...x -ß Q f » ; , ' ' 12 I den ovan beskrivna tillämpningen kan det finnas ett behov att sända kontroll- information tillbaka från den andra klockdomänen 2 till den första klockdomänen 1 för att exempelvis styra parallellomvandlingen så att inte dataord delas upp utan skickas som hela enheter in i den andra klockdomänen 2.

Denna infonnation är den signal A som skickas från den andra klockdomänen 2 till den första klockdomänen l. På grund av fördröjningar i överföiingen mellan och inom de två klockdomänerna, och på grund av djupet i det klockträd 21 som verkar inom den andra klockdomänen 2, så är fasinfonnationen fiån referens- signalen R, eller den tredje klockfrekvensen C3, i viss mån förlorad i den andra klockfrekvensen C2, enligt vilken signalen A överförs.

Således har vi här benämnt den klockfrekvens som den återkommande signalen har för en andra klockfrekvens C2, som är frekvensmässigt lika med den kända tredje klockfrekvensen C3 men som på med en viss osäkerhet skiljer sig fas- mässigt från den tredje klockfrekvensen C3.

Fasförhållandet mellan den andra klockfrekvensen och den tredje klockfrekven- sen är således känt med en viss osäkerhet, och denna osäkerhet kan orsaka meta- stabilitet vid avläsning av den mottagna signalen. Det är känt att klockdjupet och fördröjningar medför en positiv fasskillnad mellan den tredje och den andra klockfrekvensen, det vill säga v3-v2>0, där v; är fasen för den andra klockfrek- vensen C2 och v; är fasen för den tredje klockfrekvensen C3.

I figiir 2 visas hur den tredje klockfiekvensen C3 är en neddelning av den första klockfrekvensen Cl med en faktor 10. Referenssignalen R genereras i den första 10 15 20 25 521 447 13 klockdomänen 1, exempelvis genom en neddelning av den första klockfrekvensen Cl och skickas sedan såsom en klocksignal C3 till den andra klockdomänen 2.

Pâ grund av fördröjningarna som finns i den andra klockdomänen 2 så finns det en osäkerhet X i förhållandet mellan den andra klockfrekvensen C2, som infor- mationen A från den andra klockdomänen har, och den genererade referens- signalen R, eller tredje klockfrekvensen C3, då informationen tas emot i den första klockdomänen l. Denna osäkerhet är systemberoende och ett maximalt värde för denna osäkerhet kan bestämmas eller utvärderas genom kännedom av systemparametrar i de två klockdomänema.

Den höga kloclcfrekvensen, exempelvis 670 MHz, inom den första klockdomänen gör att en uppkommen metastabilitet inte endast orsakar en osäkerhet i avläst värde utan att metastabiliteten dessutom kan spridas in i den första klockdomä- IICII.

Föreliggande uppfinning avser att erbjuda en möjlighet att finna en säker tids- period då en avläsning av mottagen signal kan ske utan risk för metastabilitet hos mottagande kretsar.

Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas det faktum att den andra klockfrekvensen C2 är känd i den mottagande första klockdomänen l, och att förhållandet mellan den första klockfrekvensen Cl och referenssignalen R, saint, med en viss osäker- het, fasförhållandet mellan den tredje klockfrekvensen C3, och därmed referens- signalen R, och den andra klockfrekvensen C2, är kända.

Genom att veta att det maximala värdet för den totala osäkerheten hos fasen för 10 15 20 25 521 447 14 den inkommande signalen A understiger ett visst värde X, och så länge som detta värde X är mindre än en period hos referenssignalen R är det teoretiskt möjligt att veta när det är säkert att läsa av den inkommande informationen.

Ifigur 3 visas hur den inkommande signalen klockas med den andra klockfre- kvensen C2 som är förskjuten X' så mycket så att endast ett litet tidsintervall Y' firms tillgodo innan förskjutningen uppgår till en hel period hos den tredje klock- frekvensen C3. Då förskjutningen understiger en period hos den tredje klockfre- kvensen C3 minus en tidsperiod Y' utgör denna tidsperiod Y' en säker tidsperiod under vilken ett korrekt värde kan utläsas ur den inkommande signalen A.

Hur lång tidsvaraktigheten för denna säkra tidsperiod Y' måste vara beror på tillämpning, och då i huvudsak på vilken tid som krävs för att avläsa mottagen signal.

Den i figur 3 visade situationen är extrem och den i figur 2 visade situationen är mer normal. Figur 4 visar samma situation som i figur 2 men med övergången mellan två bitar i inkommande signal A schematiskt visad som en punkt som kan förekomma någonstans inom osäkerhetsonirådet X".

Det är således säkert att läsa av signalen A någonstans i tidsintervallet Y" där inga övergångar mellan tillstånden för infonnationsbitar inom den informations- bärande signalen A kommer att ske.

Enligt föreliggande uppfinning skall vetskapen i hur stor osäkerheten i fasskíll- naden mellan den andra och tredje kßckfrfekwfensen är användas för att finna en säker tidsperiod läsning av den inkommande signalen A. 10 15 20 25 521 447 fïn 15 Detta är möjligt genom att indela varje period enligt den tredje klockfrekvensen C3 i en första och en andra del, där den första delen C31 inleder varje period och åtminstone motsvaras tidsmässigt av osäkerhet X" i fasskillnaden mellan den andra och tredje klockfrekvensen.

Den andra delen C32 utgör resterande. del av varje period.

En avläsning av den mottagna signalen skall enligt föreliggande uppfinning ske under en specifik period C11 enligt den första klockfrekvens Cl som infaller under den andra delen C32.

En möjlighet att realisera detta är att generera en puls EN under den specifika perioden C11, vilken puls EN anger när det är säkert att läsa av värdet för mot- tagen signal A.

Det är för en fackrnan uppenbart en pulsens EN tidsvaraktighet inte nödvändigtvis måste motsvaras av en period enligt den första klockfrekvensen Cl, även om så är fallet i figur 4, utan att en sådan puls kan vara kortare eller längre beroende på den praktiska tillämpningen.

Enligt en föredragen utföringsform kan en räknare 122 räkna igenom ett antal till- stånd som motsvaras av antalet perioder som enligt den första klockfrekvensen Cl hinner passera under en period enligt den tredje klockfrekvensen C3, och pulsen EN skall genereras under ett förbestämt tillstånd för denna räknare 122.

Exempelvis kan en Johnsson-räknare med fem bitar räkna igenom tio olika till- 10 15 5221 447 16 stånd i takt med den första klockfiekvensen Cl. I tabell l visas hur tio olika till- stånd kan räknas igenom av en Johnsson-rälmare.

Tillstånd Utsigrial 1 00000 2 00001 3 0001 1 4 001 1 1 5 01 1 l 1 6 111 1 1 7 1 1 1 10 8 1 1 100 9 1 1000 10 10000 Tabell 1 Enligt vad som tidigare beskrivits så genereras referenssignalen R, och även den tredje klockfrekvensen C3, inom den första klockdomänen 1 och enligt förelig- gande uppfinning är det möjligt att använda signalen från den tidigare beskrivna räknaren 122 för att generera denna referenssignal, som sedan kan användas som referens för klockfrekvensen i den andra klockdomänen 2.

Detta är möjligt genom att exempelvis låta övergången från det femte tillståndet till det sjätte tillståndet (01 l ll till lllll) utgöra den positiva flanken och över- gången från det tionde tillståndet till det första tillståndet (10000 till 00000) ut- göra den negativa flanken på referenssigiialen R, det vill säga låta bit 4 (den mest signifikanta biten då den minst signifikanta biten definieras som bit 0) utgöra 10 15 20 25 521 447 17 referenssignalen R.

Det är enligt föreliggande uppfinning möjligt att låta ett värde från en avläsning av mottagen signal A göras tillgängligt för den första klockdomänen under en tids- period som motsvaras av en hel period av den tredje klockfrekvensen C3 efter att en avläsning skett.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning, och enligt vad som visas i figur 5, möjliggörs denna tillgänglighet genom att den mottagna sig- nalen A tas emot av en multiplexer 131, en 2:1 multiplexer, vilken endast vidare- befordrar A' mottagen signal under den specifika perioden Cl 1, det vill säga under den säkra tidsperioden Y", och vilken vidarebefordrar en återkopplad signal A" från sig själv vid varje annan period.

Detta realiseras i praktiken genom att den från multiplexem 131 vidarebefordrade signalen A' tas emot av en vippa 132, exempelvis en D-vippa. Utsignalen fiån denna vippa 132 fär utgöra den för den första klockdomänen 1 tillgängliga mot- tagna signalen A" samt den till multiplexem 131 återkopplade signalen. Vippan 132 klockas av den första klockfrekvensen Cl och den genererade pulsen EN får utgöra erforderlig enable-signal för multiplexem 131.

En alternativ utföringsform är att endast göra ett värde från avläsningen tillgäng- ligt för den första klockdomänen under en tidsperiod som motsvaras av tidsvarak- tigheten för den genererade pulsen. Om en sådan begränsning är acceptabel är det möjligt låta ta emot signalen genom endast en logisk krets, såsom en OCH-grind.

Figur 6 avser att visa hur en OCH-grind 133 kan vara anpassad att på en första 10 15 20 25 5 2 'I 4 4 7 1 8 ingång l33a ta emot den inkommande signalen A och på en andra ingång 133b ta emot den genererade pulsen EN, där utsignalen A"' från OCH-grinden utgör den för den första klockdomänen tillgängliga mottagna signalen. Det är för en fack- man uppenbart att även någon annan logisk krets, såsom en ELLER-grind, kan användas för ett mottagande av inkommande signal.

I denna tillämpning skall den första klockdomänen anpassas till att avläsa ett mot- taget värde från OCH-grinden endast under tidsperioden för den genererade pulsen EN.

Föreliggande uppfinning avser även ett arrangemang anpassat att verka enligt den tidigare beskrivna metoden. Den föregående beskrivningen av den uppfinnings- enliga metoden får även anses utgöra ett underlag för förståelsen av detta arrange- mang.

Med förnyad hänvisning till figur 1 anvisar föreliggande uppfinning således att arrangemanget 10 är anpassat att förhindra metastabilitet i samband med mot- tagandet av en asynkron digital signal A i en första klockdomän l, vilken i drift verkar med en första klockfrekvens Cl, där den mottagbara signalen A kommer fiån en andra klockdomän 2, vilken i drift verkar med en andra klockfrekvens C2.

En i den första klockdomänen verkande frekvensgenererande enhet 121 är an- passad att generera en tredje klockfrekvens C3, vilken utgör en referenssignal R, och vilken används som referens för den klockfrekvens som verkar inom den andra klockdomänen 2. Denna referenssignal har i den första klockdomänen en känd fas och frekvens, vilken fasinfonnation även finns tillgänglig i den mottagna signalen A, dock med en viss osäkerhet. 10 15 20 25 521 447 19 Referenssignalen R kan användas som referens till klockfrekvensen C2 inom den andra klockdomänen 2, exempelvis genom att den information B som skickas fiån den första klockdomänen 1 till den andra klockdomänen 2 skickas med en tredje klockfrekvens C3 som utgöres av, eller kommer fiån, referenssignalen R.

Enligt föreliggande uppfinning är varje period enligt den tredje klockfrekvensen C3 indelbar i en första och en andra del, där den första delen C31 åtminstone motsvaras tidsmässigt av osäkerhet X" i fasskillnaden mellan den andra och tredje klockfiekvensen, enligt figur 4.

Den första delen C31 inleder varje period och den andra delen C32 utgör reste- rande del av varje period.

Vidare omfattar arrangemanget en mottagande enhet 13, vilken är anpassad att avläsa den mottagna signalen A under en specifik period C11 enligt den första klockfrekvens Cl som infaller under den andra delen C32 av varje period enligt den tredje klockfrekvensen C3.

Enligt figur 1 omfattar arrangemanget 10 en räknare 122 saint en pulsgenererande enhet 123, vilka i kombination med varandra är anpassade att generera en puls EN under den specifika perioden Cl 1.

Räknaren 122 är anpassad att räkna igenom ett antal tillstånd, där antalet tillstånd är anpassat att motsvara antalet perioder som enligt den första klockfrekvensen Cl liinner passera under en period enligt den tredje klockfiekvensen C3. Den pulsgenererande enheten 123 är anpassad att generera en puls EN under ett för- 10 15 20 25 bestämt tillstånd för räknaren.

Figur 1 visar även att i ett arrangemang 10 enligt föreliggande uppfinning kan den frekvensgenererande enheten 121 vara anpassad att generera referenssignalen R, och i förlängningen även den tredje klockfrekvensen C3, med utgångspunkt från den tid det tar för räknaren 122 att räkna igenom sina tillstånd.

Om exempelvis räknaren 122 utgöres av en Johnsson-räknare som räknar enligt tidigare visad tabell 1 så kan den frekvensgenererande enheten 121 låta över- gången från det femte tillståndet till det sjätte tillståndet (01111 till 11111) utgöra den positiva flanken och övergången från det tionde tillståndet till det första till- ståndet (l0000 till 00000) utgöra den negativa flanken för referenssignalen R, det vill säga låta bit 4 (den mest signifikanta biten då den minst signifikanta biten definieras som bit 0) utgöra referenssignalen R.

Enligt föreliggande uppfinning är den mottagande enheten 13 anpassad att göra ett avläst värde från signalen A tillgängligt för den första klockdomänen 1 under en tidsperiod som motsvaras av en hel period enligt den tredje klockfrekvensen C3 etter en läsning av värdet.

Enligt en föredragen utföringsfonn möjliggörs detta exempelvis genom att den mottagande enheten 13 omfattar en multiplexer 131, en 2:1 multiplexer, vilken är anpassad att ta emot signalen A.

Denna multiplexer 131 är anpassad att endast vidarebefordra A' mottagen signal under den specifika perioden Cl 1, ^ch att 'vidarebefordra en âterkopplad signal A" från sig själv vid varje annan period enligt den första klockfrekvensen Cl. 10 15 20 25 521 447V } 21 Enligt denna utföringsform skall den mottagande enheten 13 omfatta en vippa 132, såsom en D-vippa, vilken är anpassad att ta emot den från den andra multi- plexem 131 vidarebefordrade signalen A'.

Denna vippa 132 är anpassad att utsända en för den första klockdomänen 1 till- gänglig mottagen signal A", och denna utsända signal utgör även den till multi- plexem 131 återkopplade signalen A".

Vippan 132 är anpassad att klockas av den första klockfrekvensen Cl, och den genererade pulsen EN är anpassad att utgöra erforderlig enable-signal för multi- plexern 131.

Multiplexem 131 släpper igenom inkommande signal A då enable-signalen EN är en logisk "etta" och den återkopplade signalen A" släpps igenom då enable-signa- len EN är en logisk "nolla".

Vippan 132 utsänder det värde som mottogs under föregående tidsintervall enligt den första klockfrekvensen Cl. På detta sätt länmar vippan en korrekt mottagen signal A" under en hel period enligt den tredje klockfrekvensen C3.

Detta medför att den mottagna signalen A, eller att signalen A' in till vippan 132, måste vara stabil åtminstone före den negativa flanken på enable-signalen EN, vilket betyder att i teorin behöver det säkra tidsintervallet, det vill säga den andra delen Y", endast vara så långt så att den negativa flanken på enable-signalen EN får plats med en 'viss marginal. 10 15 521 447 22 Enligt en alternativ utföringsform kan en uppfinningsenlig mottagande enhet 13' vara anpassad att göra ett värde från en avläsning av mottagen signal A tillgäng- ligt för den första klockdomänen under en tidsperiod som endast motsvaras av tidsvaraktigheten för den genererade pulsen EN.

Figur 6 visar ett exempel på en sådan mottagande enhet l3', vilken omfattar en OCH-grind 133. Denna OCH-grind är anpassad att på en första ingång l33a ta emot den inkommande signalen A och på en andra ingång l33b ta emot den gene- rerade pulsen EN. OCH-grinden är anpassad att på sin utgång 1330 utsända en för den första klockdomänen tillgänglig mottagen signal A'". Det är för en fack- man uppenbart att även andra grindar, såsom en ELLER-grind, kan användas vid en avläsning av mottagen signal.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de ovan såsom exempel angivna utfö- ringsfonnema utan kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstan- ken illustrerad i efterföljande patentkrav.

Claims (20)

5 10 15 20 25 521 44% PATENTKRAV

1. Metod för att förhindra metastabilitet i sarrband med att en asynkron digital signal tas ernot i en första klockdomän, verkande med en första klockfrekvens, där den mottagna signalen korrmer från en andra klockdomän, verkande med en andra klockfrekvens, där nämnda andra klockfrekvens är känd inom nämnda första klockdorrfin, där en referenssignal, med en i nämnda första klockdorrlän känd fasinformation, används som referens i nämnda andra klockdomän, och där nämnda fasinfonnation, med en viss känd maximal osäkerhet, finns tillgänglig i nämnda mottagna signal, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda kända maximala osäkerhet är mindre än en period för nämnda referenssignal, att nämnda fasinformation används för att på ett stabilt sätt avläsa nämnda mottagna signal, att en tredje klockfrekvens genereras i nämnda första klockdomän, att nämnda tredje klockfiekvens har ett känt fas- och frekvensförhållande till nämnda referenssignal, och att nånnda osäkerhet i nämnda fasinformation består av osäkerheten i fasförhållandet mellan nämnda andra klockfrekvens och nämnda tredje klockfrekvens.

2. Metod enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första klockfrekvens är högre än nämnda tredje klockfrekvens, att varje period enligt nämnda tredje klockfiekvens indelas i en fiirsta och en andra del, att nämnda första del åtminstone motsvaras av nämnda osäkerhet och inleder nämnda period, att nämnda andra del utgör resterande del av nämnda period, och att en avläsning av nämnda mottagna signal skerunder en specifik period enligt nämnda första klockfirekvens som infaller under nämnda andra del.

3. Metod enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att 10 15 20 25 521 447 24 en puls genereras under nämnda specifika period.

4. Metod enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att en räknare räknar igenom ett antal tillstånd, att antalet tillstånd motsvaras av an- talet perioder som enligt den första klockfiekvensen hinner passera under en period enligt den tredje klockfiekvensen, och att nämnda puls genereras under ett forbestämt tillstånd for nämnda räknare.

5. Metod enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda referenssignal genereras med utgångspunkt från när nämnda räknare räknat igenom sina tillstånd.

6. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d därav, att ett värde från nämnda avläsning görs tillgängligt for nämnda forsta klockdorrrän under en tidsperiod som motsvaras av en hel period av nämnda tredje klockfiekvens efter att nämnda avläsning skett.

7. Metod enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda tillgänglighet möjliggörs genom att nämnda mottagna signal tas ermt av en 2:1 multiplexer, att nämnda multiplexer vidarebefordrar mottagen signal endast under nämnda specifika period, och att nämnda multiplexer vidarebefor- drar en återkopplad signal från nämnda multiplexer vid varje annan period.

8. Metod enligt patentkravet 4 och 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den från nämnda multiplexer vidarebefordrade signalen tas ermt av en vippa, såsom en D-vippa, att utsignalen från nämnda vippa utgör den fór nämnda första klockdorrrän tillgängliga mottagna signalen sant den till närrmda multi- plexer återkopplade signalen, att nännda vippa klockas av nämnda forsta klock- l0 15 20 25 521 447 25 frekvens, och att nämnda puls utgör erforderlig enable-signal för nämnda multi- plexer.

9. Metod enligt patentkravet 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett värde från nämnda avläsning görs tillgängligt för nämnda första klockdomän under en tidsperiod som motsvaras av tidsvaraktigheten för nämnda genererade puls.

10. Metod enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att en logisk krets, såsom en OCH-grind, anpassas till att påen forsta ingång ta emot nämnda inkommande signal och på en andra ingång ta emot nämnda genererade puls, att utsignalen lrån nämnda logiska krets utgör den för nämnda första klock- domän tillgängliga mottagna signalen, och att närrnda första klockdomän anpassas till att endast avläsa ett mottaget värde från nämnda logiska krets under tidsperioden för nämnda genererade puls.

11. l 1. Arrangemang for att förhindra metastabilitet i sarrband med mottagandet av en asynkron digital signal i en första klockdorriän, vilken i drift verkar med en första klockfrekvens, där den mottagbara signalen kommer från en andra klock- domän, vilken i drift verkar med en andra klockfrekvens, där nämnda andra klockfrekvens är känd inom nämnda första klockdomän, där en referenssignal, med en i nämnda första klockdornän känd fasinformation, är användbar som referens i nämnda andra klockdomän, och där nämnda fasinforrnation, med en viss känd maximal osäkerhet, finns tillgänglig i nämnda mottagbara signal, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda kända maximala osäkerhet är mindre än en period för nämnda referenssignal, att nämnda arrangemang omfattar en mottagande enhet, vilken ä anpassad att använda nämnda fasinfor- mation för att på ett stabilt sätt avläsa nämnda mottagbara signal, att nämnda 10 15 20 25 521 447 26 arrangemang omfattar en frekvensgenererande enhet, vilken ä' anpassad att generera en tredje klockfrekvens, att nämnda tredje klockírekvens utgör nämnda referenssignal, att nämnda tredje klockfrekvens är användbar fór att generera nämnda andra klockfrekvens, och att nämnda osäkerhet i nämnda fasinfonnation består av osäkerheten i fasförhållandet mellan nämnda andra klockfrekvens och nämnda tredje klockfrekvens.

12. Arrangemang enligt patentkravet 11, där nämnda första klockfiekvens är högre än nämnda tredje klockfrekvens, k ä n n e t e c k n a t därav, att varje period enligt nämnda tredje klockfrekvens är indelbari en första och en andra del, att nämnda första del åtminstone motsvarar nämnda osäkerhet och inleder nämnda period, att nämnda andra del utgör resterande del av nämnda period, och att nämnda mottagande enhet är anpassad att avläsa nämnda mottag- bara signal under en specifik period enligt nämnda första klockfiekvens som in- faller under nämnda andra del.

13. Arrangemang enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda arrangemang omfattar en räknare och en pulsgenererande en- het, vilka i kombination är anpassad att generera en puls under nämnda specifika period.

14. Arrangemang enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda räknare är anpassad att räkna igenom ett antal tillstånd, att antalet tillstånd är anpassat att motsvara antalet perioder enligt den första klock- frekvensen som hinner passera under en period enligt den tredje klock- frekvensen, och att nämnda pulsgenererande enhet är anpassad att generera nämnda puls under ett förbestämt tillstånd för nämnda räknare. 10 15 20 25 521 447 2,

15. Arrangemang enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a t därav, att en frekvensgenererande enhet är anpassad att generera nämnda refe- renssignal, och att nämnda referenssignal, och därmed även nämnda tredje klock- frekvens, genereras med utgångspunkt från tiden det tar för nämnda räknare att räkna igenom nämnda tillstånd.

16. Arrangemang enligt något av patentkraven 11 till 15, k ä n n e - t e c k n a t därav, att nämnda mottagande enhet är anpassad att göra ett värde från nämnda avläsning tillgängligt for nämnda forsta klockdomän under en tidsperiod som motsvaras av en hel period av nämnda tredje klockírekvens efter en läsning av nämnda värde.

17. Arrangemang enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda mottagande enhet omfattar en 2:1 multiplexer, vilken är an- passad att ta emot närrmda signal, att nämnda multiplexer är anpassad att endast vidarebefordra mottagen signal under nämnda specifika period, och att nämnda multiplexer är anpassad att vidarebefordra en återkopplad signal fiån nämnda multiplexer vid varje annan period.

18. Arrangemang enligt patentkraven 14 och 17, k ä n n e t e c k - n a t därav, att nämnda mottagande enhet omfattar en vippa, såsom en D- vippa, vilken är anpassad att ta ernot en från nämnda multiplexer vidarebefordrad signal, att nämnda vippa är anpassad att utsända en for nämnda forsta klockdo- män tillgänglig mottagen signal, att nännda utsända signal utgör den till nämnda multiplexer återkopplade signalen, att närmda vippa är anpassad att klockas av nämnda forsta klockfiekvens, och att nämnda puls är anpassad att utgöra erfor- derlig enable-signal fór nämnda multiplexer. 10

19. Arrangemang enligt patentkravet 13, 14 eller 15, k ä n n e - t e c k n a t därav, att nämnda mottagande enhet är anpassad att göra ett värde från närrmda avläsning tillgängligt for nämnda första klockdornän under en tidsperiod som motsvaras av tidsvaraktigheten for nämnda genererade puls.

20. Arrangemang enligt patentkravet 19, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda mottagande enhet omfattar en logisk krets, såsom en OCH- grind, vilken är anpassad att på en första ingång ta emot nämnda inkommande signal och på en andra ingång ta emot nämnda genererade puls, och att nämnda logiska krets är anpassad att utsända en for nämnda forsta klockdorriàin tillgänglig mottagen signal.