[Digital Logic] CDC (Clock Domain Crossing)와 메타스테이블(Metastability)

CDC(Clock Domain Crossing)와 Metastability(메타스테이블)

 

1. CDC(Clock Domain Crossing)란?

디지털 회로에서 서로 다른 클럭 도메인(주파수가 다르거나, 같은 주파수라도 위상이 다르거나 비동기적인 클럭)사이에서 신호가 전달되는 경우

예시 상황:

• CPU 클럭(예:100MHz)과 USB 컨트롤 클럭(예:48MHz)이 서로 달느 발진기에서 나옴
• 두 클럭이 서로 위상 관계를 예측할 수 없는 비동기(asynchronous)관계

 

2. CDC가 문제가 되는 이유 -> Metastability(메타스테이블)

• 플립프롧은 클럭 엣지 근처의 정해진 시간 윈도우(set up/hold window)안에서 데이터가 안정적으로 유지되어야 정상 동작

 

비동기 신호는 목적지 클럭 엣지와 아무 때나 겹칠 수 있기 때문에, 이 윈도우를 침범하는 순간 플립플롭 출력은 0도 아니고 1도 아닌 중간전압에 머물다 예측 불가능한 시간 후에 0 또는 1로 정착(resolve)되는 문제 발생 이러한 현상을 메타테이블 상태라고 함.