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静态时序分析(Static Timing Analysis)基础与应用(2)

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在这些Boundary Condition定义之后,上述4种Path事实上都可看成是第1种Path(Flip-Flop到Flip-Flop)。也就是说,加上 Boundary Condition后,只要Clock给定,所有Path的Timing Constraint就会自动给定。。


图十八


图十九

由 于每个Path都有Timing Constraint,所以时序分析都能够进行。但在某些情况下,有些Path的分析可能没有意义,因此你会想忽略这些Path的分析。或是有些Path 分析的方式不一样,你会想指定这些Path的分析方式。此时就要设定一些Timing Exception,如False Path和Multi-cycle Path等等来处理非一般性的时序分析。

STA流程及分析方式

STA的流程如图二十所示,而其分析验证的项目就是我们前文提及之时序检查相关的Timing Arc,如Setup Time、Hold Time等等。以下我们针对Setup Time举1实际范例来说明STA的分析方式。

图二十

Setup Time

设计电路如图二十一所示,时序模型(Timing Model)及时序限制(Timing Constraint)如下:


图二十一

  • 所有逻辑闸在输出讯号上升时最长的延迟时间为3ns,最短为2ns。
  • 所有逻辑闸在输出讯号上升时最长的延迟时间为2ns,最短为1ns。
  • 所有连线(Net)最长的延迟时间为2ns,最短为1ns。
  • 所有Flip-Flop Clock到Q的延迟时间为3ns。
  • 所有Flip-Flop的Setup Time为1ns(Ts)。
  • 所有Flip-Flop的Hold Time为1ns(Th)。
  • Clock周期为14ns(Dclkp)。
  • Clock source latency为2ns(Dclks)。
  • Clock network latency为3ns(Dclkn)。
  • Clock uncertainty为1ns(Dclku)。
  • B及C的input delay皆为1ns(Da、Db、Dc)。
  • Y的output delay为3ns(DY)。

接下来,我们以Step-By-Step的方式说明时序分析的方式。

1.          首先找出所有Timing Path,我们只列出具代表性的3条Timing Path来加以说明。


图二十二
 
2.          假设输入A讯号由0变1,计算第1条Path终点讯号到达的时间(Arrival Time简称AT)。



 

3.          假设输入A讯号由1变0,计算第1条Path终点AT。


 


图二十四
 
4.          计算第1条Path终点的需求时间(Required Time,简称RT)。



图二十五
 
5.          假 设输入A讯号由0变1,计算第1条Path终点的Slack。Slack等于RT和AT的差值,对于Setup Time验证来说等于RT - AT,对于Hold Time验证来说等于AT - RT。在此Setup Time范例中,Slack为正,表示讯号实际到达Path终点时间比必须到达的时间还早,因此Timing是满足的。



图二十六
 
6.          假设输入A讯号由1变0,计算第1条Path终点的Slack。Slack为正,因此Timing是满足的。
  
综合5和6,第1条Path的Timing是符合规格的,其Slack为4ns(取较差状况)。


图二十七
 
7.          假设前级Flip-Flop的讯号由0变1,计算第2条Path终点的AT。


 

图二十八

 
8.          假设前级Flip-Flop的讯号由1变0,计算第2条Path终点的AT。




图二十九
 
9.       计算第2条Path终点的RT


 

图三十
 
10.      假设前级Flip-Flop的讯号由0变1,计算第2条Path终点的Slack。Slack为负,因此Timing不满足。


 

图三十一
 
11.      假设前级Flip-Flop的讯号由1变0,计算第2条Path终点的Slack。Slack为负,因此Timing不满足。
  
综合10和11,第2条Path的Timing不满足,其Slack为-3。


图三十二
 
12.      假设前级Flip-Flop的讯号由0变1,计算第3条Path终点的AT。


 

图三十三
 
13.      假设前级Flip-Flop的讯号由1变0,计算第3条Path终点的AT。


 

图三十四
 
14.      计算第3条Path终点的RT。
  


图三十五
 
15.      假设前级Flip-Flop的讯号由0变1,计算第3条Path终点的Slack。Slack为负,因此Timing不满足。

  

图三十六
 
16.      假设前级Flip-Flop的讯号由1变0,计算第3条Path终点的Slack。Slack为负,因此Timing不满足。
  
综合15和16,第3条Path Timing不符合规格,其Slack为-4。

  

图三十七
 
综合上述分析结果,此电路的时序不符合规格,其Critical Path是Path3,Slack为-4。