硬件架构的艺术-行波计数器笔记

1.同步电路和异步电路

同步电路：顾名思义，就是保证保持同一个时刻。就是在同一个时钟的上升沿或者下降沿去处理数据。（即同时的去处理数据） 

异步设计：电路没有统一的时钟，即不是所有的触发器都同时处理数据。

在日常设计的时候，肯定是不止一个时钟的，因此全局的同步是不可能的，所以需要在设计的中需要保证在一个时钟域中是同一个时钟（时钟源）

2.行波计数器

2.1行波计数器的特点

行波计数器：把上一个触发器的输出，作为下一个触发器的的时钟，会存在问题。即CKt o Q是存在延时的，从而会导致延时的累积。在实际使用中，如果这个延迟累积到能一个时钟周期，那不能使用这种方法。

这种异步计数器和同步计数器的区别也就是时钟的区别。行波计数器时常用在时钟进行幂为2的分频上，这种方式相比较同步技术的优势在于门数更少。但是会增加延迟。

2.2行波计数器的应用

在《硬件架构的艺术》提到了这种方式会影响STA和DC，所以应该尽量避免这种结构。但是在低功耗设计中会使用到行波计数器。这是一个有四个触发器组成的四位等效计数器。

可以看到延迟的累积过程，因为有着延迟，所有再出现正确的值之前会出现一些错误值，虽然很快会消失，但是会有影响。这个影响就要看具体的应用需求了，在led中，这是可以接受的。下面这张图就可以看到延时过程中数据的错误。

 以这个行波计数器为例，他一个触发器的verilog可以表示为

reg Q;
wire D;
reg QN；

always@(posedge clk or restn)
     if (resetn) begin
         Q  <= 1'b1;
         QN <= 1'b1;   //这个示意图上没有 我自己加的
     end
     else  begin 
         Q  <= D;
         Qn <= !D;
     end
 assign D = Qn;

2.3行波计数器的改进

   这下面是一个改进方法，就是加一个低使能信号。因为计数电路是上升沿触发的，计时开始于时钟从低到高的过程中。  而这个使能信号是为了在时钟的脉冲为低的时候，接收电路才会开启。给与了行波回到了安全稳定状态的时间。注意这个时钟的1/2时间需要大于最大的行波周期时间，否则留给保持稳定的时间不够，还会出现毛刺