Metaestabilidad en sincronizador de 3 o 2 flop si la entrada es válida para al menos 2 relojes

En esta imagen:

metaestabilidad en sincronizador de 2 o 3 flop

Figura 1: metaestabilidad en sincronizador de 2 o 3 flop

Si la metaestabilidad del primer flop no se resuelve en el cuarto reloj, ¿es posible que se resuelva a '0' en el quinto reloj? ¿O la entrada obligará a la salida del flop a ir a '1' en el quinto reloj? ¿Hay algún otro peor caso que pueda ocurrir?

Tu pregunta me parece confusa. Si está hablando de sincronizadores flop, ¿por qué ha mencionado los FIFO en su diagrama? Además, ¿cuál es la señal que cruza los dominios? Actualice la pregunta en consecuencia.
Realmente no puedo seguir su pregunta, agregue un esquema con señales que estén etiquetadas de la misma manera que las del diagrama de tiempo. En general, cuando se resuelve un estado metaestable, no sabrá si se resuelve en 1 o 0, si eso es lo que está preguntando.
@MituRaj main_in_full está cruzando dominios. Va de clk_src a clk_dest. Estoy de acuerdo en que debería ser main_out_first_flop en su lugar.
La metaestabilidad no persiste más de un ciclo típicamente. Pero si se trata de un diseño de alta velocidad como el reloj de destino de orden de GHz, necesitaría más de 2 flops en el sincronizador para estar más seguro. La posibilidad es que el segundo flop también pueda volverse Metaestable.... En su caso, después de la metaestabilidad no necesariamente se establece en un valor 'incorrecto', puede establecerse en cualquier valor 1/0. No puedes predecirlo. Es por eso que debe garantizar al menos dos ciclos de validez en el destino. Cz en el segundo muestreo, se establecería en el valor 'correcto'.

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Su latencia parece un poco menos de 1/4 de ciclo y pierde el estado "main_in_full" por 1 ciclo de reloj. Sospecho que si elige el reloj invertido para la sincronización (1/2 de latencia), tal vez pueda capturarse en el cuarto reloj y poco probable en el quinto y nunca en el sexto.

Creo que tienes un gran malentendido sobre cómo funciona la metaestabilidad.

La metaestabilidad para cualquier FF dado no puede persistir más allá del siguiente borde del reloj. Cada borde del reloj inicia una nueva "ventana" para la metaestabilidad, y solo si la entrada estaba cambiando al mismo tiempo que el borde del reloj.

Es por eso que usamos dos o más FF para eliminar la metaestabilidad. El segundo FF solo puede volverse metaestable si el primer FF resolvió su metaestabilidad en esa ventana estrecha alrededor del siguiente borde del reloj. Pero ese mismo flanco de reloj fuerza al primer FF a un buen estado en cualquier caso.

Metaestabilidad en sincronizador de 3 o 2 flop si la entrada es válida para al menos 2 relojes
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