同步电路是如何定义的？

一、同步电路概念

数字系统中，所有的（或某个局部范围）寄存器使用相同的时钟，电路以当前时钟为参照，这是同步电路的工作机制。现代数字电路建立在同步电路基础上。因此，复杂数字电路中，研究同步电路的物理特性，对于现代数字（FPGA）的设计和实现，具有重要意义。

同步电路的物理研究中，关注同步信号沿着数字系统时空的分布，是同步系统设计的主要内容。包括：离散同步信号分析（时间和空间的离散），连续同步信号分析（时间和空间的连续），以及该学术课题衍生的流水线设计，数字逻辑通信。

1.1 同步电路的最小分析单位

同步电路的最小分析单位是节点Node：

闭节点CN（Closed Node）：节点机器输出信号发自沿敏感寄存器；输入信号来自前级节点，输出信号发至后级节点

开节点ON（Opened Node）：节点机器输出信号发自电平敏感逻辑FA；输入信号来自前级节点，输出信号发至后级节点

空节点NN（Null Node）：节点机器输出信号发自电平敏感逻辑FA；输入信号来自前级节点，输出信号至顶层端口

1.2 基于节点的单拍潜伏期定理（同步电路第一定理）

对于闭节点（或等效节点），若将输入看成激励，输出看成响应，并且同步信号遵循“右侧逼近，右侧取样”，则满足前拍激励导致后拍响应：

式中：

：节点中有限自动机的机器函数（描述激励-响应的关系）

：同步系统中的离散时刻，对应时钟clk的（上升）沿时刻

：节点的响应（输出），是离散时间的函数

：节点的激励（输入），是离散时间的函数，在公式中满足前拍激励，后拍响应

：参考时钟clk的时钟周期

1.2.1 基于同步电路第一定理的应用例子一

分析一个计数器的代码和功能仿真：

其节点的FA为：

1.2.2 基于同步电路第一定理的应用例子二

分析一段米利分频器代码和功能仿真波形：

节点架构：

使用同步电路第一定理进行信号分析：

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