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数字IC设计经典笔试题.pdf

上传人:慢慢老师 2021/5/4 文件大小:1015 KB

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数字IC设计经典笔试题.pdf

文档介绍

文档介绍:1:什么是同步逻辑和异步逻辑?(汉王)
同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟
之间没有固定的因果关系。
同步时序逻辑电路的特点:各触发器的时钟端全部连接
在一起,并接在系统时钟端,只有当时钟脉冲到来时,电路
的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉
冲的到来,此时无论外部输入 x 有无变化,状态表中的每
个状态都是稳定的。
异步时序逻辑电路的特点:电路中除可以使用带时钟的
触发器外,还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存
储元件,电路中没有统一的时钟,电路状态的改变由外部输
入的变化直接引起。

2:同步电路和异步电路的区别:
同步电路:存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同
一个时钟脉冲源,因而所有触发器的状态的变化都与所加的
时钟脉冲信号同步。
异步电路:电路没有统一的时钟,有些触发器的时钟输
入端与时钟脉冲源相连,只有这些触发器的状态变化与时钟
脉冲同步,而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。

3:时序设计的实质:
时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的
要求。

4:建立时间与保持时间的概念?
建立时间:触发器在时钟上升沿到来之前,其数据输入端的
数据必须保持不变的最小时间。
保持时间:触发器在时钟上升沿到来之后,其数据输入端的
数据必须保持不变的最小时间。

5:为什么触发器要满足建立时间和保持时间?
因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的,如果
不满足建立和保持时间,触发器将进入亚稳态,进入亚稳态
后触发器的输出将不稳定,在 0 和 1 之间变化,这时需要经
过一个恢复时间,其输出才能稳定,但稳定后的值并不一定
是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输
入信号。这样做可以防止由于异步输入信号对于本级时钟可
能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播
到后面逻辑中,导致亚稳态的传播。

(比较容易理解的方式)换个方式理解:需要建立时间
是因为触发器的 D 端像一个锁存器在接受数据,为了稳定的
设置前级门的状态需要一段稳定时间;需要保持时间是因为
在时钟沿到来之后,触发器要通过反馈来锁存状态,从后级
门传到前级门需要时间。

6:什么是亚稳态?为什么两级触发器可以防止亚稳态传
播?
这也是一个异步电路同步化的问题。亚稳态是指触发器
无法在某个规定的时间段内到达一个可以确认的状态。使用
两级触发器来使异步电路同步化的电路其实叫做―一位同步
器‖,他只能用来对一位异步信号进行同步。两级触发器可防
止亚稳态传播的原理:假设第一级触发器的输入不满足其建
立保持时间,它在第一个脉冲沿到来后输出的数据就为亚稳
态,那么在下一个脉冲沿到来之前,其输出的亚稳态数据在
一段恢复时间后必须稳定下来,而且稳定的数据必须满足第
二级触发器的建立时间,如果都满足了,在下一个脉冲沿到
来时,第二级触发器将不会出现亚稳态,因为其输入端的数
据满足其建立保持时间。同步器有效的条件:第一级触发器
进入亚稳态后的恢复时间 + 第二级触发器的建立时间 < =
时钟周期。
更确切地说,输入脉冲宽度必须大于同步时钟周期与第一级
触发器所需的保持时间之和。最保险的脉冲宽度是两倍同步
时钟周期。 所以,这样的同步电路对于从较慢的时钟域来
的异步信号进入较快的时钟域比较有效,对于进入一个较慢
的时钟域,则没有作用 。

7:系统最高速度计算(最快时钟频率)和流水线设计思想:
同步电路的速度是指同步系统时钟的速度,同步时钟愈
快,电路处理数据的时间间隔越短,电路在单位时间内处理
的数据量就愈大。假设 Tco 是触发器的输入数据被时钟打入
到触发器到数据到达触发器输出端的延时时间
(Tco=Tsetpup+Thold);Tdelay 是组合逻辑的延时;Tsetup
是D触发器的建立时间。假设数据已被时钟打入 D 触发器,
那么数据到达第一个触发器的Q输出端需要的延时时间是
Tco,经过组合逻辑的延时时间为 Tdelay,然后到达第二个
触发器的D端,要希望时钟能在第二个触发器再次被稳定地
打入触发器,则时钟的延迟必须大于

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