一、同步電路概念

數(shù)字系統(tǒng)中，所有的（或某個局部范圍）寄存器使用相同的時鐘，電路以當前時鐘為參照，這是同步電路的工作機制。現(xiàn)代數(shù)字電路建立在同步電路基礎(chǔ)上。因此，復雜數(shù)字電路中，研究同步電路的物理特性，對于現(xiàn)代數(shù)字（FPGA）的設(shè)計和實現(xiàn)，具有重要意義。

同步電路的物理研究中，關(guān)注同步信號沿著數(shù)字系統(tǒng)時空的分布，是同步系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。包括：離散同步信號分析（時間和空間的離散），連續(xù)同步信號分析（時間和空間的連續(xù)），以及該學術(shù)課題衍生的流水線設(shè)計，數(shù)字邏輯通信。

1.1 同步電路的最小分析單位

同步電路的最小分析單位是節(jié)點Node：

閉節(jié)點CN（Closed Node）：節(jié)點機器輸出信號發(fā)自沿敏感寄存器；輸入信號來自前級節(jié)點，輸出信號發(fā)至后級節(jié)點

開節(jié)點ON（Opened Node）：節(jié)點機器輸出信號發(fā)自電平敏感邏輯FA；輸入信號來自前級節(jié)點，輸出信號發(fā)至后級節(jié)點

空節(jié)點NN（Null Node）：節(jié)點機器輸出信號發(fā)自電平敏感邏輯FA；輸入信號來自前級節(jié)點，輸出信號至頂層端口

1.2 基于節(jié)點的單拍潛伏期定理（同步電路第一定理）

對于閉節(jié)點（或等效節(jié)點），若將輸入看成激勵，輸出看成響應(yīng)，并且同步信號遵循“右側(cè)逼近，右側(cè)取樣”，則滿足前拍激勵導致后拍響應(yīng)：

式中：

：節(jié)點中有限自動機的機器函數(shù)（描述激勵-響應(yīng)的關(guān)系）

：同步系統(tǒng)中的離散時刻，對應(yīng)時鐘clk的（上升）沿時刻

：節(jié)點的響應(yīng)（輸出），是離散時間的函數(shù)

：節(jié)點的激勵（輸入），是離散時間的函數(shù)，在公式中滿足前拍激勵，后拍響應(yīng)

：參考時鐘clk的時鐘周期

1.2.1 基于同步電路第一定理的應(yīng)用例子一

分析一個計數(shù)器的代碼和功能仿真：

其節(jié)點的FA為：

1.2.2 基于同步電路第一定理的應(yīng)用例子二

分析一段米利分頻器代碼和功能仿真波形：

節(jié)點架構(gòu)：

使用同步電路第一定理進行信號分析：

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