基于FPGA的TMR电路跨时钟域同步技术

三模冗余(TMR)电路中的跨时钟域信号可能会受到来自信号偏差和空间单粒子效应(SEE)的组合影响。通过建立数学模型，对这两个问题进行分析和量化。最后针对长脉宽和短脉宽源信号的不同情况，提出了相应的解决方案。 【基于FPGA的TMR电路跨时钟域同步技术】主要关注的是在使用三模冗余（TMR）电路设计中，如何处理跨时钟域的信号同步问题，特别是面对信号偏差和空间单粒子效应（SEE）的影响。TMR电路是一种用于提高系统可靠性的方法，通过复制并表决三个相同信号来检测和纠正错误。 1. **信号复制和采样的不确定性**： TMR电路中，每个信号都会被复制三次，并通过不同的时钟域传输。在接收端，由于时钟域不同步和布线延迟，可能导致三组信号在接收时钟的不同周期到达，产生亚稳态和采样不确定性。例如，假设源信号Sig_s经过延迟TdelayA、TdelayB、TdelayC到达，如果接收时钟Clkr的上升沿落在这些延迟的窗口内，就可能出现采样不确定性。计算这个概率涉及到发送端和接收端时钟频率的关系，以及信号变化的概率。 2. **长脉宽和短脉宽源信号**： 当源信号脉冲宽度足够长时，即使有延迟，也能在后续时钟周期内被正确采样，从而避免错误。但是，如果脉冲宽度不满足要求，信号偏差将影响采样结果。尤其当信号受到SEE影响，如图8所示，可能会导致判决器误判。为了避免这种情况，要求源信号脉冲宽度至少等于判决窗口Tskew加上接收端时钟宽度Trcv。 3. **解决方案**： 解决这个问题的策略包括减小不同步输出延迟Tskew，这可以通过优化FPGA布线来实现，也可以采用同步技术如边沿检测或PLL（锁相环）来确保信号在时钟边界的一致性。此外，设计上应考虑到抗辐射加固，比如使用硬核逻辑或增加冗余度来抵御SEE的影响。对于短脉宽信号，可能需要额外的同步机制或更复杂的判决逻辑。 基于FPGA的TMR电路跨时钟域同步技术的关键在于理解和管理信号传输的不确定性，减少时钟域之间的延迟差异，以及对SEE的防护措施。通过数学建模和优化设计，可以有效地提升系统在复杂环境下的鲁棒性和可靠性。