关于测量中的建立时间和保持时间的理解

测试测量 时间:2017-01-12 来源:网络

  从而可以推出

  T-Tco-T2max>=T3

  这也就是要求的D2的建立时间。

  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。

  第二种情况如果时钟存在延时,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。此时如果建立时间与保持时间都满足要求那么输出的时序如图5所示。

图5 时钟存在延时但满足时序

  从图5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

  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,如图6所示。

  这时即T-(Tpd+T-Tco-T2min)   T-(Tpd+T-Tco-T2min)>=T4 即Tco+T2min-Tpd>=T4

  从上式也可以看出如果Tpd=0也就是时钟的延时为0那么同样是要求Tco+T2min>T4,但是在实际的应用中由于T2的延时也就是线路的延时远远大于触发器的保持时间即T4,所以不必要关系保持时间。

图6 时钟存在延时且保持时间不满足要求

下面用数字来说明一下加深理解(以下举例暂不考虑hold time):

建立时间Tsetup=Tdelay+ Tco- Tpd
假设Tco(触发器固有的建立时间)= 2ns
假设1,Clock Delay =0,Data delay="0",那么数据port的新数据必须在时钟port的时钟沿到来之前2ns赶到数据port,才能满足触发器的Tco。

假设2,Clock delay="0",data Delay = 3ns,那么数据port的新数据必须在时钟port的时钟沿到来之前5ns就得赶到数据port,其中的3ns用来使新数据从数据port赶到触发器的D端(由于data Delay ),剩下的2ns用来满足触发器的Tco。

假设3,Clock delay="1ns",data Delay = 3ns,由于时钟port的时钟沿推后1ns到达触发器的时钟端,那么数据port的新数据只需在时钟port的时钟沿到来之前4ns赶到数据port即可。

假设4,假设时钟的周期T=4ns,即你的系统需要运行在250M频率上,那么以上的假设中,假设2显然是不成立的,也就是说在假设2的情况下,你的系统运行频率是低于250M的,或者说在250M系统里是有setup time violation的。在假设2的情况下,由于Tco及Tpd均是FPGA的固有特性,要想满足4ns的T,那么唯一你能做的就是想方设法减小Tdelay,也就是数据路径的延时。即所谓的找出关键路径,想办法优化之。

总结,在实际的设计中,对于一个给定的IC,其实我们很容易看到T,Tpd,Tsetup,Th都是固定不变的(在跨时钟域时,Tpd会有不同),那么我们需要关心的参数就是Tdelay,即数据路径的延时,控制好了这个延时,那我们的设计就不会存在建立时间和保持时间不满足的情况了!

后记:有个著名的笔试题,这样说道:时钟周期为T,触发器D1的建立时间最大为T1max,最小为T1min,该触发器的数据输出延时为Tco。组合逻辑电路最大延迟为 T2max,最小为T2min。假设D1在前,D2去采样D1的数据(实际就是对图2的文字描述),问,触发器D2的建立时间T3和保持时间应满足什么条件。这里给出一个简易公式供大家死记一下,

以下两个公式确定了D2的Tsetup和Thold:

1) D1的Tco + max数据链路延时 + D2的Tsetup < T(即T3 < T - Tco - T2max)

2) D1的Tco + min数据链路延时 > D2的Thold(即T4< Tco + T2min)

其实上面的式2可以从T3+T4=T推出,不过要注意把1)中的T2max改为T2min即可。

总之,建立时间长了,保持时间就短了。

实际中,某条数据链路延时是一个定值,只不过要求它落在区间{T2min,T2max}。这也是T2min和T2max的实际意义。从现实设计出发,个人觉得这个题改为考T2max和T2min更合适,那是不是有更多人犯晕呢?


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关键词:建立时间保持时

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