Synchronizer(동기화) 회로란 외부에서 발생한 비동기적 신호(= 클럭과 관게 없이 바뀌는 신호)를

동기적 신호 (= 클럭이 바뀔 때에만 바뀌는 신호)로 바꿔주는 회로입니다.

이렇게 맞춰주는 것을 \'동기를 맞춘다\'라는 용어를 씁니다.



이런 회로가 필요한 이유는 본문에도 나와 있듯이 \'metastability\'를 피하기 위해서입니다.

memory element (Latch, Flip-flop)가 제대로 동작하기 위해서는 클럭이 바뀌기 전후 일정한 시간동안

(latch의 경우 통과 상태에서 차단 상태로 바뀌는 시점, flip-flop의 경우는 출력 데이터가 바뀌는 edge)

입력 데이터가 변하지 않고 유지를 해야 합니다.

붙여넣은 회로를 보자면 System clk이 low에서 high로 바뀌는 순간의 전후로 입력 값이 안정적인 상태를 유지해야 할 것입니다.

이 때 클럭이 바뀌기 전 유지해야 하는 시간을 setup time (t_su), 클럭이 바뀐 후 유지해야 하는 시간을 hold time(t_h) 라고 부릅니다.

이 setup time/hold time 조건을 만족하지 않으면, 즉 입력 데이터의 변화와 클럭 변화와 동시에 일어날 경우

memory element의 출력은 1이나 0 어느 한 쪽으로 결정되지 못하고 1과 0 사이를 \'왔다갔다하는\' 출력이 나올 수 있습니다.

이렇게 왔다갔다 하는 상태를 metastability 라고 부르며,

붙여넣은 timing diagram 에서 색칠된 영역은 latch의 출력이 metastability 상태에 빠진 것을 의미합니다.



만약에 이러한 synchronizer 회로 없이 외부 입력 데이터를 곧장 내부 시스템에 쓰게 될 경우

이러한 metastability 가 시스템 전체에 심각한 영향을 주게 될 수 있습니다.

synchronizer는 metastability 가 발생하는 영역을 최소화 하기 위해 쓰게 됩니다.



단, synchronizer를 쓰게 될 경우 내부 회로에 변경이 반영되기 위해서는 1~2클록의 지연

좀 더 정확하게 이야기하면 t_pd,min~t_pd,max 시간 만큼의 지연이 발생하게 됩니다.

즉, 핀의 내용이 실제로 바뀐 후 1개 또는 2개 명령어가 지나야만 in r17,PINx 명령어를 통해 바뀐 핀의 상태를 읽을 수 있다는 뜻입니다.



세 줄 요약:

1) 색칠된 영역은 값이 1과 0을 왔다갔다 하는 부분이다
2) 핀이 바뀐 후 1~2개 명령어가 지나야지만 명령어로 바뀐 핀의 값을 읽을 수 있다.
3) cpu의 안정적인 동작을 위해서 점선 부분의 회로는 꼭 필요하다.