跨时钟域信号如何处理？

之前有一篇文章讲述了跨时钟域信号的处理第1篇，IC面试中常被问到——跨时钟域信号如何处理？这是第2篇。

前面提到，用敲两级DFF的办法（两级DFF同步器）可以实现单比特信号跨时钟域处理。但你或许会有疑问，是所有的单比特信号跨时钟域都可以这么处理吗？

NO！两级DFF同步器，是对信号有一定的要求的。

想象一下，如果频率较高的时钟域A中的信号D1 要传到频率较低的时钟域B，但是D1只有一个时钟脉冲宽度（1T），clkb 就有几率采不到D1了，如图1。

图1 快时钟域信号传递到慢时钟域

因此只有当D1 在很长一段时间内为1或0，确保一定可以被clkb采样到，才能用两级DFF同步器处理。

如果信号D1 只有1T或几个T的脉宽，又需要传到时钟频率较低甚至或快或慢不确定的时钟域B，这种情况该怎么如何处理呢？

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握手协议(handshake)异步信号处理是一种常见的异步信号处理方法。常见的握手协议异步信号处理行为波形图大致如下图2：

图2 一种handshake电路波形

信号d_in 所处时钟域是clk_in,且d_in只有1T 的宽度，想要传送到clk_out 时钟域(clk_out 跟clk_in不相关)。

因为clk_out 和 clk_in相位关系不确定，时钟周期大小关系不确定，无法保证一定能采样到d_in。

因此需要把d_in展宽，产生d_req 信号；

d_req 信号一直拉高，经过clk_out时钟域两级DFF 同步器后，得到d_reg_sync；

取d_req_sync 上升沿1T，即可得到传送到clk_out 时钟域的d_out。

此时，d_in 从clk_in 传送到clk_out 的任务就算是结束了。

但对于handshake 电路来说，任务还没结束，因为d_req 还一直是高电平。

因此，需要把d_req_sync 信号再用两级DFF同步器，传回clk_in 时钟域，得到d_ack信号；

当clk_in 看到d_ack拉高后，就可以把d_req 信号拉低，到这里一个handshake电路行为才算是结束了。

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根据上面的波形图，可以看到握手协议异步信号处理并不复杂，但是细心的朋友应该会注意到，这个处理方法信号传递的速度相对较慢。

从图2 的波形来看，至少需要3个clk_in 和2个clk_out时钟周期。根据不同的应用需求，人们会对图2的波形做不同的改造。但万变不离其宗，原理都是一样的，电路也大同小异。

最后留4个问题供大家思考，以增进对handshake电路的理解：

1. 图2中的d_req的逻辑怎么实现？

2. 图2中的d_out的逻辑怎么实现？

3. 假设时钟域clka比clkb 频率高，如果输入信号的两个相邻脉冲D0和D1非常较近，如下图所示，如果使用握手协议处理，会发生怎样的事情？

4.问题3里面，如果要确保D1数据一定要被能传送到clkb，电路该如何实现？