从fan-in、fan-out看setup和hold time violation

建立时间 :时钟上升沿之前数据保持稳定时间
保持时间:在时钟上升沿之后数据保持稳定的时间。
建立时间tsu
根据时钟周期公式:
tco+tdata+tsu-tskew0当sslack大于等于0时即满足建立时间的要求。
保持时间th
保持时间的目的是防止下一次的数据传输过快,将本次的数据冲刷掉,是对上次数据时间的约束。经过tsu建立时间之后,触发器进入建立时间阶段,在该阶段最担心的问题是下一次的数据来的太快,导致还未满足保持时间的要求。
所以要求下一次数据到来的时间要大于th,而下一次数据到来的时间为:
tco+tdata-tskew所以保持时间裕量计算公式为:
hslack=(tco+tdata-tskew) >0扇入与扇出
扇入 :扇入系数是指门电路允许有几个输入,一般门电路允许的扇入系数为1~5,最多不超过8。
扇出 :扇出系数是指门电路允许驱动同类型的门的个数,也就是负载能力,一般门电路的扇出系数为8,驱动器的扇出系数为25,体现了门电路的驱动能力。
灌电流与拉电流
灌电流:当门电路的输出端为低电平时,逻辑门的输入电流为灌电流。灌电流越大,逻辑门输出低电平就越高。
拉电流:当门电路的输出端为高电平时,逻辑门的输出电流为拉电流。拉电流越大,逻辑门的输出高电平就越低。
上拉电阻和下拉电阻
上拉电阻:上拉电阻就是将一个不确定信号的电平钳位在高电平(拉电流),来增加高电平时的驱动能力,以解决逻辑门驱动能力不足的问题。
下拉电阻:下拉电阻就是将一个不确定信号的电平钳位在低电平(灌电流),其作用是吸收电流,防止灌电流过大提高逻辑门的输出电压大小。
当输出负载大于其负载能力时:
1、 逻辑门输出低电平时,可能灌电流过大,输出电压vol可能大于规定的volmax
2、 逻辑门输出高电平时,可能拉电流过大,输出电压voh可能小于规定的vohmin
3、 输出的传播延时大于规格说明的延迟值,主要表现为net_delay(tdata)
4、 输出的上升和下降时间可能会高于规定值
5、超负载工作,电流较大,降低其可靠性,最终引起器件失效
setup violation与hold violation
根据建立时间公式tsu:
tcycle-(tco+tdata+tsu-tskew) >0以及保持时间公式th:
hslack=(tco+tdata-tskew) >0当发生setup vioalation或hold time violation时,由于tco是寄存器的固有属性,系统时钟一般也是固定的,可通过减小tdata(当sslack<0时)或者增大tdata(当hslack<0时),完成时序违例的优化:
举一反二,以保持时间违例进行说明,控制tdata,tdata包含数据延迟和布线延迟两部分,其关键在于如何降低数据延迟和布线延迟。
(1)、减小扇出fanout,根据上文的分析可以分析fanout较多时增加net_delay,不利于时序收敛。减小扇出的方法有:
a、寄存器复制,几个寄存器复制原先的驱动信号,分担原本由一个寄存器驱动的多个模块。
b、设置max_fanout,在代码中设置信号属性,将对应的max_fanout设置为一个合理的值,当实际中fanout超过此值时,综合器极性自动优化,但是过低的扇出可能造成设计阻塞反而不利于约束。
c、bufg,全局缓冲
(2)、减小逻辑级数logic level,一个logic level的延迟对应的是一个lut(查找表)和一个net的延迟,对应不同的器件,不同频率的设计所能容纳的logic level不同,一般可通过重定时(retiming)解决logic level过大问题,使用的方法为:流水线,将过于冗长的组合逻辑增加寄存器进行打拍。对于时钟偏斜△t来说因为不确定正负,其对建立时间和保持时间的影响是相反的,所以我们希望|△t|尽可能的小,所以尽量不要用生成时钟,而采用全局时钟,这样才会有更小的|△t|。

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