(数字 IC 设计)3.3 建立时间和保持时间

发布网友发布时间：2024-05-07 00:49

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热心网友时间：2024-06-01 02:13

在数字电路设计的精密世界中，建立时间和保持时间如同稳定基石，它们是电路稳定性和可靠性的关键要素。建立时间，即数据在时钟信号触发前需要达到稳定状态的时间，确保数据能够及时响应时钟信号。而保持时间则是数据在被触发后，需要维持稳定状态的时间，防止前级数据的瞬变影响到后续电路。这两个参数的准确掌握，对于避免亚稳态错误至关重要。

为了保证电路正常工作，我们需要遵守一系列严格的规定。首先，建立时间的约束是：Tcq + Tcomb + Tsu <= Tclk + Tskew，这个公式确保数据路径的速度始终快于时钟路径，防止数据传输滞后。其次，保持时间的底线是：Tcq + Tcomb >= Thd + Tskew，它提供了足够的裕度，防止前级数据的延迟影响到电路的稳定输出。

理解这些概念，可以通过具体的案例来进行深入解析。例如：

案例一：在电路设计中，一次延迟检查显示建立时间违反规定（28ns vs 24ns），但保持时间却保持在安全范围（18ns vs 17ns，有1ns的裕量）。这提示我们在设置设计约束时，需要结合实际应用场景而非生搬硬套公式。
案例二：第二级触发器D2的时序限制更为严格：Tsu必须小于T减去最大延迟时间T2max，同时Thold不能超过最小保持时间T2min。
案例三：在构建分频电路时，考虑触发器的建立和保持时间、逻辑延迟以及连线延迟，频率目标定为100MHz，这就需要精确计算每个环节的时间影响。
案例四：一个电路的固有时间特性为建立2.9ns，保持0.6ns。为了达到最佳性能，我们需要深入分析数据和时钟路径，以确定实际可行的工作频率。

值得注意的是，增加延迟通常会增加建立时间，而减少保持时间。而时钟偏移则会反向影响。计算建立和保持时间，本质上就是在寻求时间裕度，为电路提供足够的反应空间。在没有时钟偏移且考虑电路自反馈特性时，如果忽略延迟，理论上的最高工作频率为1 / (建立时间 + 保持时间 + 逻辑延迟)。然而，实际情况中，我们必须考虑到这些因素的综合影响，以得出更为精确的性能极限。