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锁存器中的时间借用概念与静态时序分析

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对于基于锁存器的设计,静态时序分析应用了称为时间借用的概念。这篇博文解释了时间借用的概念,如果您的设计包含锁存器并且时序报告中存在时间借用,则该概念适用。

然后,本文进一步解释了静态时序分析(STA) 工具如何应用此概念。

假设时钟周期为10,占空比为50%:

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还假设有一个简单的电路如下:

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为了便于理解,假设每个触发器的建立时间和保持时间均为“0”。另外,假设时钟偏差和时钟延迟均为“0”。

从F1 在0 发送的数据将被F2 在10 采样。因此,如果数据在10 之后到达F2,F2 将无法捕获正确的数据。同样,从F2发送的数据有10个时间单位到达F3,并在下一个时钟沿由F3采样。

现在我们用锁存器L2 替换F2,其中锁存器的“门控”由同一时钟线驱动:

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我们首先了解时间借用的概念,然后对基于锁存器的设计进行实际的静态时序分析。

For data sent from F1:

如果该数据稍早于10 小时到达锁存器输入,它将在锁存器的D 引脚处等待。这与F2 表现出的行为类似。

但是10小时后数据达到L2时会发生什么? L2在10到15这段时间是“透明”的。所以即使数据在10之后到达L2,只要数据在15之前到达L2,L2就能够使用它。

例如,如果数据在12点到达L2,这意味着锁存器提供了2个时间单位的优势(相对于触发器)。

在这个例子中,L2可以提供的最大优势是5个时间单位。现在我们看一下从L2到F3的路径。数据在12小时从L2输出,并在20小时由F3采样。因此,从L2到F3的路径只得到8个时间单位。

在全触发器的电路中,第二条路径有10个时间单元。然而,在该电路中缺少2 个时间单位。

Essentially:

为锁存器供电的路径获得额外的2 个时间单位。因此,锁存器之后的路径必须从其份额(10 个时间单位)中“放弃”这2 个时间单位。换句话说:供给锁存器的路径从锁存器之后的路径“借用”2个时间单位。

因此,向锁存器馈送的路径可以从后续路径借用额外的时间(相当于锁存器透明的时间)。但实际借用的时间不一定是所有可借用的时间。实际借用的时间是路径满足时序所需的最小时间(受锁存透明时间的最大限制)。

For said example:

可借用的时间量=5个时间单位。

实际借用的时间量=2 个时间单位。

除了默认的可用时间外,还使用2个额外的时间单位来满足计时。

现在我们已经了解了锁存器背景下的时间借用概念,接下来让我们看看STA 工具如何对基于锁存器的设计执行时序分析。

对于0处F1触发的数据:

L2 的开放时间为0 到5。这是L2 可以捕获数据的窗口。因此,在时间0 从F1 发送的数据可以在时间0 到5 期间被L2 捕获。

For setup time analysis:

- 0 将被视为L2 的捕获边缘,借位容量为5。

STA 工具执行以下操作:在0 发送,在0 捕获,附加借用容量为5。从L2 到F3 的路径而言:在0 发送,在10 在F3 捕获。因此,从F1 到F3 的路径为10,其中最多5 个时间单位在L2 之前可用,其余的在L2 之后可用。

现在我们看一下保持时间分析:

对于保持时间分析,我们希望确保在上一个周期期间没有捕获数据。 F1在0时发送的数据可以在0-5期间被L2捕获。也就是说,L2在0-5期间捕获的数据应该是F1在0时发送的数据。

那么F1 将在10 发送的下一个数据呢?

如果这个数据在5点之前到达L2,那么就会干扰F1在0发送的数据。因此,保持时间检查要保证F1在10点发送的数据一定不会在5点之前到达L2,即对F1在10点发送的数据和L2在5点捕获的数据都会有保持时间检查。

标题:锁存器中的时间借用概念与静态时序分析
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