Abstract

CRIADO CRUZ, Dilaila; VEGA GOMEZ, Leonardo César; PAVONI OLIVER, Sonnia  and  ESCARTIN FERNANDEZ, Víctor E.. Análisis de la metaestabilidad en sincronizadores de dos etapas sintetizados en FPGA Cyclone III y Cyclone V. EAC [online]. 2021, vol.42, n.1, pp. 34-44.  Epub May 17, 2021. ISSN 1815-5928.

La metaestabilidad es un fenómeno probabilístico que provoca fallos en sistemas digitales. Ocurre con mayor probabilidad cuando un circuito recibe una señal asincrónica o se intercambian señales entre sistemas sincrónicos con dominios de reloj no relacionados. Para reducir el riesgo de propagación de la metaestabilidad a través de un circuito, se recomienda el empleo de sincronizadores, cuya efectividad puede expresarse mediante el parámetro MTBF (Mean Time Between Failure). Además, el desarrollo tecnológico que ha permitido disminuir las dimensiones de los dispositivos CMOS hacia escalas nanométricas, propicia la aparición de efectos que impactan en la metaestabilidad. Es una necesidad que los diseñadores de circuitos electrónicos conozcan estos riesgos y tomen acciones para contrarrestarlos. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de la metaestabilidad en sincronizadores de dos etapas desarrollados sobre FPGA del fabricante Intel-Altera, de las familias Cyclone III (65 nm) y Cyclone V (28 nm). Se obtuvieron curvas que permiten determinar las condiciones críticas en el rango industrial de temperatura de trabajo en función del riesgo de metaestabilidad y de criterios de fiabilidad. El MTBF de los sincronizadores varió con la temperatura de operación y lo hizo de manera diferente para cada tecnología. En el Cyclone III se observó un cambio de comportamiento a -40 °C, que se atribuyó a la ocurrencia de la inversión de la dependencia con la temperatura (ITD). En el dispositivo Cyclone V se observó el fenómeno ITD en todo el rango estudiado.

Keywords : metaestabilidad; FPGA; sincronizadores.

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