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建立时间与保持时间徐雷安徽大学----集成电路工程专业一、时钟偏差和抖动时钟偏差：集成电路中一个时钟翻转的到达时间在空间上的差别。时钟偏差时由时钟路径的静态不匹配以及时钟在负载上的差异造成的。说明：时钟偏差并不造成时钟周期的变化，造成的只是相位的偏移。时钟抖动：在芯片上的某个给定的点上，时钟周期发生暂时的变化。即：时钟周期在每个不同的周期上可以缩短或者加长。说明：时钟抖动是严格衡量时钟暂时不确定性的一项指标，并且经常针对某个给定的点进行说明，它是一个平均值为零的随机变量。产生原因比较：偏差原因：一、器件制造中的偏差（参数不同）二、互连偏差（芯片上的电容电阻的偏差）三、环境变化：1、温度变化2、电源抖动原因:一、时钟信号的产生二、环境变化：1、温度变化2、电源（主要原因）（解决：在主要时钟驱动器的周围加上去耦电容）三、电容耦合：1、时钟线与相邻信号之间的耦合。2、所连时序元件栅电容的变化。图1、建立时间与保持时间的示意图二、建立时间与保持时间定义：1、建立时间（Tsu：setuptime）在时钟沿到来之前数据从不稳定到稳定所需的时间。说明：如果建立的时间不满足要求那么数据将不能在这个时钟上升沿被稳定的打入触发器。2、保持时间（Th：holdtime）数据稳定后保持的时间。说明：如果保持时间不满足要求那么数据同样也不能被稳定的打入触发器。结论：建立时间是在时钟脉冲到来之前，保持时间是在时钟脉冲到来之后。同步设计中的一个基本模型（如下图）说明：图中Tco是触发器的数据输出的延时；Tdelay是组合逻辑的延时；Tsetup是触发器的建立时间；Tpd为时钟的延时。如果第一个触发器D1建立时间最大为T1max，最小为T1min，组合逻辑的延时最大为T2max，最小为T2min。思考：第二个触发器D2建立时间T3与保持时间T4应该满足什么条件，或者是知道了T3与T4那么能容许的最大时钟周期是多少？为了便于分析，我们讨论两种情况即第一：时钟的延时Tpd为零。第二：时钟的延时Tpd不为零。下面通过时序图来分析：设第一个触发器的输入为D1，输出为Q1,第二个触发器的输入为D2，输出为Q2第一：假设时钟的延时Tpd为零从图中可以看出如果：T-Tco-TdelayT3即：TdelayT-Tco-T3符合要求的时序图如果组合逻辑的延时过大使得T-Tco-TdelayT3那么将不满足要求，第二个触发器就在第二个时钟的升沿将采到的是一个不定态，如下图所示。那么电路将不能正常的工作。从而可以推出:T-Tco-T2max＝T3,这也就是要求的D2的建立时间。组合逻辑的延时过大时序图结论1：从上面的时序图中也可以看出，D2的建立时间与保持时间与D1的建立与保持时间是没有关系的，而只和D2前面的组合逻辑和D1的数据传输延时有关，这也是一个很重要的结论。说明了延时没有叠加效应。第二：时钟延时Tpd不为零从图中可以容易的看出对建立时间放宽了Tpd，所以D2的建立时间需满足要求：Tpd＋T-Tco-T2max＝T3时钟存在延时但满足时序说明：由于建立时间与保持时间的和是稳定的一个时钟周期，如果时钟有延时，同时数据的延时也较小那么建立时间必然是增大的，保持时间就会随之减小，如果减小到不满足D2的保持时间要求时就不能采集到正确的数据，如下图所示这是即T－（Tpd+T－Tco-T2min）T4,就不满足要求了，所以D2的保持时间应该为：T－（Tpd+T－Tco-T2min）＝T4即Tco＋T2min-Tpd＝T4说明：1、假设时钟的延时Tpd为零：这种情况下不必考虑保持时间，因为每个数据都是保持一个时钟节拍同时又有线路的延时，也就是都是基于CLOCK的延迟远小于数据的延迟基础上，所以保持时间都能满足要求，重点是要关心建立时间。2、时钟延时Tpd不为零：这种情况下就要考虑保持时间了，同时也需要考虑建立时间。时钟出现较大的延时多是采用了异步时钟的设计方法，这种方法较难保证数据的同步性，所以实际的设计中很少采用。结论2：如果不考虑时钟的延时那么只需关心建立时间，如果考虑时钟的延时那么我们不仅要关系建立时间，更需关心保持时间。