静态时序分析（Static Timing Analysis）基础与应用(上) 2 [zz]

除了Clock之外，对于电路其他输出输入端点及其周边的环境（Boundary Condition）也要加以描述。在说明Boundary Condition之前，我们得对路径（Path）有更进一步的了解。上文曾提及STA会将电路中所有的Path找出来加以分析，但Path的定义是什么呢？

Path根据起点及终点可以分为4种：

由Flip-Flop Clock输入到Flip-Flop资料输入（图十七左上）。
由主要输入（Primary Input，简称PI）到Flip-Flop资料输入（图十七右上）。
由Flip-Flop Clock输入到主要输出（Primary Output，简称PO）（图十七左下）。
由主要输入到主要输出（图十七右下）。

当Clock规格确定了之后，第1种Path的时序限制（Timing Constraint）就自动的给定了。为了给定其他3种Path的时序限制，我们必须定义Boundary Condition。




一般来说，我们会定义下列的Boundary Condition：

Driving Cell：定义输入端点的推动能力（图十八）。
Input Transition Time：定义输入端点的转换时间（图十八）。
Output Capacitance Load：定义输出负载（图十八）。
Input Delay：输入端点相对于某个Clock领域的延迟时间。（图十九，Delayclk-Q + a）
Output Delay：自输出端点往外看相对于某个Clock领域的延迟时间。（图十九，c）

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