【導(dǎo)讀】如果將如何設(shè)計(jì)防止毛刺發(fā)生的時(shí)鐘切換電路及危害告訴大家，大家知道后直接用這個(gè)電路就好了，但是如果你忘記了或者沒見過這個(gè)電路是不是就無從下手了！所謂知其然也要知其所以然，只有知道了防毛刺的時(shí)鐘切換電路設(shè)計(jì)思路才能夠融會(huì)貫通！
這里從一個(gè)角度，通過電路設(shè)計(jì)技巧來闡述防毛刺時(shí)鐘切換電路的設(shè)計(jì)思路。希望看過之后，不用參考文章就能夠自己設(shè)計(jì)出這個(gè)電路。
對(duì)于一個(gè)時(shí)鐘切換電路，輸入兩個(gè)異步時(shí)鐘clk0、clk1，以及一個(gè)選擇信號(hào)sel。
(1) 假設(shè)不考慮glitch，直接使用Mux就可以完成切頻。電路如下：
由于clk0/clk1/sel之間是異步關(guān)系，時(shí)鐘切換會(huì)發(fā)生在任意時(shí)刻，有一定的概率會(huì)發(fā)生glitch. glitch的危害文章里已經(jīng)詳述，這里不再重復(fù)。
(2) 由于sel和clk0和clk1都是不同步的，我們可以從sel同步的方向入手，假如sel需要和clk0和clk1進(jìn)行同步，那么sel必須分成兩路，一個(gè)和clk0同步，一個(gè)和clk1同步，同步之后的sel訊號(hào)再和clk0/clk1 gating起來，就可以讓問題簡(jiǎn)單化。為了將sel分成兩路，并且clk0/clk1需要分別gating, 那么可以將mux邏輯用and/or設(shè)計(jì)出來，如下：
當(dāng)然此Mux電路還可以用兩個(gè)or加上一個(gè)and來實(shí)現(xiàn)，都可以。 注意G0和G1兩點(diǎn)就是分別對(duì)clk0和clk1進(jìn)行g(shù)ating. 將來會(huì)在G0/G1點(diǎn)插入同步DFF.
(3) 將上面電路拆開成兩部分，一部分電路通過sel產(chǎn)生sel+和sel-兩路，另一部分電路是gating mux電路, 如下：
對(duì)于一個(gè)時(shí)鐘切換電路，輸入兩個(gè)異步時(shí)鐘clk0、clk1，以及一個(gè)選擇信號(hào)sel。
(1) 假設(shè)不考慮glitch，直接使用Mux就可以完成切頻。電路如下：
只需要將sel-接上G0, sel+接上G1就是一個(gè)mux電路。將電路分開，是為了后續(xù)技巧性的功能替換。
(4) 將part0電路換成同樣功能的帶反饋的組合電路(為何要這樣做，屬于電路設(shè)計(jì)直覺和技巧)。最常見帶反饋的電路是RS觸發(fā)器，因此可以將part0換成如下電路。
(5) 將part0_a或者part0_b替換part0電路，功能不變。如下：
不過，此時(shí)插入同步DFF的地方就多了一個(gè)選擇， 如果直接在G0, G1插入同步DFF, clk0和clk1的gating時(shí)間先后順序不確定，還是有可能發(fā)生毛刺。而在s0和s1處插入同步DFF, 正好利用反饋，讓時(shí)鐘切換按照安全的順序進(jìn)行：
(1) 先gating住之前選擇的時(shí)鐘
(2) 然后再放開將要選擇的時(shí)鐘
在(1)和(2)之間， 輸出時(shí)鐘一直都是無效狀態(tài)（對(duì)于2and + 1or的mux來說，無效狀態(tài)就是0)
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(6) 按照上面的分析，得到電路如下：
注意幾點(diǎn)：
(1) 對(duì)s0插入的DFF需要用clk0作為時(shí)鐘, 對(duì)于s1插入的DFF需要用clk1作為時(shí)鐘。
(1) 對(duì)s0插入的DFF需要用clk0作為時(shí)鐘, 對(duì)于s1插入的DFF需要用clk1作為時(shí)鐘。
(2) 后一級(jí)的DFF必須使用clock下降沿，因?yàn)槭怯肁ND門進(jìn)行g(shù)ating(如果用上升沿，則更容易出現(xiàn)毛刺)。如果換成2個(gè)OR+1個(gè)AND的MUX, 則必須用上升沿。
(3) 必須插入兩級(jí)DFF防止metal stable, 前一級(jí)可以用上升沿，也可以用下降沿，用上升沿是為了節(jié)省時(shí)間。
(4) 所有的DFF 復(fù)位值都是0，即讓clk_out處于無效狀態(tài)。
(5) 必須滿足先gating后放開的順序，如果不滿足，可以在G0/G1處各插入一個(gè)反相器。(用part0_b搭配part1的時(shí)候需要插入反相器，如下圖)
(6)搭配不同的part0電路和part1電路，經(jīng)過稍許修改，都可以完成防毛刺切頻電路的設(shè)計(jì)。
