SAT分析中Setup和Hold建立时间和保持时间的详解析

STA分析是基于同步电路设计模型的，在数据输入端，假设外部也是同时钟的寄存器的输出并且经过若干组合逻辑进入本级，而输出也被认为是驱动后一级的同时钟的寄存器。在不设置约束的情况下，纯组合逻辑的输入-》输出不得超过一个T，否则也会被认为是TImingviolaTIon.r r t r r t1.TImingpathr r tTImingpath就是时间线。Timing就是从起始位置的时间点到终点位置的时间点之间的时间长度。Path是指跟位置相关，即时间起始或终点的位置。Timingpath就是某位置的某一时间点到另一位置的某个时间点。对于DFF来说，上升沿类似于一瞬间的脉冲，只有在这短短的一瞬间，数据才允许通过。对于DFF来说，有两个输入点：数据D和时钟CK，有一个输出点：数据Q。由于是时间比较，所以对于D和CK一定要有一个共同的起始时间点，如下图中的A点出现clk上升沿的时刻。如下图，假设我们分析DFF2的数据和时钟到达的时间。二者共同的出发点是A的上升沿，因为A位于时钟通路上，FF1的时钟经过A点到达FF1-C点，在FF1-C上升沿打开FF1，然后数据才能从FF1-Q输出，进而传递到FF2-D。在A点，FF2的时钟沿经过clocktree，达到FF2-C点。所以数据走过的路程是：r r t r r tDatapath：A-》clk_tree_buf1-》FF1-C-》FF1-Q-》Comb_logic-》Br r t r r t而对于FF2来说只要满足下个周期的上升沿能够采样即可，所以时钟到达FF2-C的路径是：r r t r r tClkpath：A-》clk_tree_buf2-》C.在数字集成电路设计中，时序分析（Static Timing Analysis, STA）是确保系统性能和可靠性的重要环节。本文将详细解析在STA分析中，特别是在同步电路设计中至关重要的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）。了解基本概念。同步电路设计中，时钟信号用于同步各个寄存器的操作，确保数据在正确的时间被采样。在描述时序路径（Timing Path）时，我们关注的是数据信号从起点到终点的时间间隔。以DFF（D-Type Flip-Flop）为例，它有两个输入——数据D和时钟CK，一个输出——数据Q。在时钟上升沿，数据被采样并保存。时序路径通常包括两个部分：数据路径（Data Path）和时钟路径（Clk Path）。例如，数据从FF1的输出Q经过组合逻辑到达FF2的输入D，而时钟信号则通过时钟树分发到各FF的输入。 1.建立时间（Setup Time）：建立时间是指数据需要在时钟上升沿到来之前提前到达DFF的输入，确保在时钟沿触发时数据已经稳定。这个提前的时间量被称为建立时间，用Tsetup表示。如果数据没有在时钟上升沿前足够的时间到达，就可能发生建立时间违例（Setup Violation），导致数据无法正确采样。 2.保持时间（Hold Time）：保持时间是指数据需要在时钟上升沿之后继续保持稳定的时间，以防止时钟沿之后数据的快速变化影响到DFF的输出。这个时间量称为保持时间，用Thold表示。如果数据在时钟上升沿之后过早改变，可能会导致保持时间违例（Hold Violation），同样影响数据的正确传输。在时序路径分析中，我们需要确保数据路径和时钟路径满足建立时间和保持时间的要求。例如，对于FF2，数据路径（Data Path）的时间加上建立时间Tsetup应该小于或等于时钟路径（Clk Path）的时间加上时钟周期Tperiod，即Tdata_path + Tsetup <= Tclk_path + Tperiod。同样，为了满足保持时间要求，数据路径的时间减去保持时间Thold应该大于或等于时钟路径的时间，即Tdata_path - Thold >= Tclk_path。如果在分析过程中发现任何路径不满足这些条件，就需要进行设计优化，如增加驱动器的扇出能力，减少组合逻辑延迟，或者调整时钟分配网络，以确保所有时序路径都能在规定的时间内完成数据传输。建立时间和保持时间是保证同步电路正确运行的关键参数，它们直接决定了系统的时序裕量（Timing Margin），而时序裕量的大小直接影响到电路的运行速度和稳定性。在设计阶段，通过对时序路径的精确分析和优化，可以确保电路在各种工作条件下都能正常工作，避免亚稳态的产生，从而提高系统的可靠性和性能。