为什么打两拍可以解决亚稳态？

为什么经常可以看到跨时钟域的时候，会把信号打两拍？为啥说打两拍就可以解决亚稳态的问题？如果最初采到信号的时候是不稳定的，为什么用两个DFF接一下，就稳定了呢？而且不稳定的值不还是接进来，两个DFF还徒增了延迟，开始我一直没有太明白，其实两级打拍能解决亚稳态，严格意义来说是不准确的，并没有解决，而是阻断了亚稳态的传播。这里先说下两级打拍适用于单bit，慢到快的时钟域情况
基于此我们细说下。

首先亚稳态是这样产生的：

这个图其实没有那么准，altera的有个文档里是这样画的：

就是说亚稳态的产生不是在tco之后才产生，差不多是th后就产生了，小差异，不影响我们后续的分析。接着说，我们看波形时候，非0即1，实际cmos的电压是曲线的，是抖动上升的，包括时钟也是一样，不是标准的方波，我们在ila里看到的其实可以说是理想波形。所以，当DFF的输入数据，在DFF要求的稳定时间窗口之内发生变化，就会导致DFF没有足够的时间将新数据存进去，DFF的输出就没有那么健壮，从电压上看就会晃啊晃，可能最终能晃到高电平要求的电压标准，这个时候输出就是1，也可能晃不到，那就是0。这个晃的时间，有个名称叫Tmet，中文叫决断时间。这个时间通常是很小很小的，远小于时钟周期，可以贴张图：

有个Tmet之后还有个MTBF,全称是mean time between failures，看英文就知道是说发生故障的平均间隔时间，这个的定义如下：

其中C1和C2都是器件的特性，常数，改不了，fdata是异步数据的变化率,Tmet是数据亚稳态之后稳定的时间，所以为了使MTBF尽可能大，我们可以做的就是降低时钟周期，或者降低数据变化的频率，或者选择更高级的器件。我们使用这个公式计算下第一级DFF的故障时间，假设:

• C1为0.0002ns
• C2为0.17ns
• Tmet为2.3ns
• 时钟为200M
• 数据翻转率为20K
  则根据公式算出来是约260个小时，而如果采样两级打拍，就是两级DFF级联的方式，则直接提升了Tmet的时间，而且是指数级的提升，在上面的条件下，也就是Tmet+Tclk-Tsu(先忽略)=7.3，两级打拍之后的MTBF是1.54×10¹⁵个小时，这个提升是非常可观的，从这个角度说几乎避免了亚稳态的传播。

好了，网上很多解释到这里也就结束了，我那时候不太明白为什么亚稳态对数字系统有这么大的危害，前面提到它可能晃到1也可能晃到0，那我两级之后采到的值，最终输出的值，不也是0或者1吗，结果不一样还是可能错的吗，其实事实就是这样，就是可能最终的值是错的。那为啥还打两拍，所谓阻断亚稳态传播，这个传播的到底是个啥，我在一本书里看到是这样解释的：


这个解释我觉得挺有道理的，先到这吧