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  • 校招基础——时序分析计算

    1如图所示时序路径示意图,椭圆表示组合逻辑,FF1FF2表示寄存器,A表示数据输入端口,CLK表示时钟输入端口,Z表示数据输出端口C

    A.只要在端口CLK上创建时钟,即可约束A->Z之间的组合逻辑的延时。

    B. 只要在端口Z上设置输出延时,即可约束FF2 -> Z之间的组合逻辑的延时。

    C. 只要在端口CLK上创建时钟,即可约束FF1->FF2之间的组合逻辑的延时

    D. 只要在端口A上设置输入延时,即可约束A->FF1之间的组合逻辑的延时

     

    2时钟周期为T,触发器D1时钟沿到来至触发器输出Q变化的时间为Tcoclk~Q)最大为T1max,最小为T1min,逻辑组合电路的延迟时间最大为T2max,最小为T2min,问触发器D2的建立时间和保持时间应满足什么条件。

    解:其他数据都没给,所以不带入,只带入题目给了的数据。

    T2 setup < T-T1max -T2max(setup找最小,自然选max

    T2hold < T1min + T2min(hold找最小,自然选min

     

    3已知regsetuphold时间,求中间组合逻辑的delay范围。

    解:Delay < period -setup-hold

     

    4如何计算周期T与设计频率(最大频率)Fmax

    Tclk = TCKO + TLOGIC+TNET+TSETUP-(TCD2-TCD1)

    FMAX=1/TCLK

     

    5请计算下面逻辑中时钟clk可以达到的最小周期。(图中0.8/0.65/0.6分别为CT1CT2CT3的器件延时),3.8CK1经过combinational logic到达DL2D端上的传播延时、0.2D触发器建立时间。

    解:Tmin =(Tco + Tdata)+Tsu-Tskew

    = 3.8 + 0.2-0.65-0.6=4-0.05=3.95

     

    6如下图,有一同步电路,module A有一个信号A输出给module B。时钟周期是2nsDFFsetup time 0.2nshold time0.18nsDFFclk端延时为0.12nsD1=0.6ns。考虑clock skew = 0.05ns,计算D2的最大值为多少?

     

    解:建立裕量:Tcyc + Tskew-(Tsu+Tco+Tdata) > 0

    2 + 0.05 - (0.2+0.6+Tdata)>0

    Tdata < 1.25

    所以最大值为1.25ns

     

    7如下图所示,假定反向器的最大/最小延迟分别为Tinv_max/Tinv_min,与门的最大/最小传输延迟时间分别为Tand_max/Tand_min,寄存器(DFF)的时序参数分别是:建立时间(Tsu),保持时间(Thold)和传输时间(Tpd)。

    (1)请解释寄存器(DFF)的3个典型的时序

     

    建立时间Tsu:在触发器的时钟上升沿到来之前,数据保持稳定不变的时间。

    保持时间Th:在触发器的时钟上升沿到来之后,数据保持稳定不变的时间。

    Tpd:当时钟有效沿变换后,数据从输入端到输出端的最小时间间隔。

    (2)基于上述电路所给的参数,请分析该电路能正常工作的最大频率。如果需要的未给定的参数,请给自行定义并说明。

    Tmin = Tco+Tsu+Tdata-Tskew

    Fmax=1/Tco+Tsu+Tdata-Tskew=1/Tpd+Tsu+Tand_min)这里没有给出Tskew,所以不管他。

    (3)请在图上表示可能的时序关键路径,并列举至少两种可能的方法来改善其数据路径的延时。

    关键路径:通常是指同步逻辑电路中,组合逻辑延时的最大的路径。也就是说关键路径是对设计性能起决定性作用的时序路径。所以从图上找组合逻辑最长的那一条。

    对同步逻辑常用的时序优化方法包括1)插入寄存器(2)并行化设计(3)逻辑展平(4)均衡设计(5)优化路径

     

    8、下图是某电路中的一条关键路径,其中DFF的参数如下:tco=1nstsu=2nsthold = 1ns,Logic的最大延时为4ns,最小延时为3nsclkjitter2ns,则电路最小的时钟周期为(A

     

    A7ns B8ns C9ns D

    解:Tmin=Tco+Tdata+Tsu-Tskew+Tjitter = 1+3+2-1+2=7ns(注意,题目没给Tskew,但图上画出来了。)

    我觉得还算按最坏情况算,即取4ns,答案为8ns

     

    9如下图为某同步电路,DFF1DFF2setupholdoutput delayclk->Q)时间为0.60.31.2(各时间参数均为ns),假设clk时钟频率为250MHZ,请问DFF2setup时间和hold时间是否满足并说明其原因。

     

    由题意可知:Tcyc=1/250M=4ns

    建立时间:Tcyc + Tskew -Tco - Tdata-Tsu = 4 + (0.8-1)-1.2-2.2-0.6=4-0.2-4=-0.2 <0,违例

    保持时间:Tco+Tdata-Tskew-Th = 1.2+2.2-0.8-1-0.3=3.4-0.1=3.3,满足

     

    10、已知Tsetup=1nsThold=1nsTclk->q = 1ns请回答以下问题。

    (1)假设存在positive clock skew1ns问最高时钟频率为多少?

    (2)能容忍的最大positive clock skew为多少?(DFF2clockDFF1晚)

    (3)能容忍的最大negative clock skew为多少?(DFF2clockDFF1早)

    解:(1)5条路径依次分析:Tcyc >= Tco+Tdata+Tsu-Tskew

    DFF1->DFF21+(4+3+1)+1-1=9ns

    DFF1->DFF21+(1+2+1)+1-1=5ns

    DFF2->DFF11+(3+1)+1+1=7ns(这是一个负的Tskew)

    DFF1->DFF11+(4+1)+1 = 7ns(DFF1DFF1的时钟不存在Tskew

    DFF2->DFF21+(2+1)+1 = 5ns(DFF2DFF2的时钟不存在Tskew

    最高时钟周期为9ns所以最高时钟频率是1/9ns

    (2)公式Th <= Tco + Tdata - Tskew,即Tskew <= Tco + Tdata - Th,路径代入可得答案。

    DFF1->DFF21+(4+3+1)-1=8ns

    DFF1->DFF21+(1+2+1)-1=4ns

    DFF2->DFF1-1+(3+1)-1=-4ns(这是一个负的Tskew)

    DFF1->DFF10ns(DFF1DFF1的时钟不存在Tskew

    DFF2->DFF20ns(DFF2DFF2的时钟不存在Tskew

    出现一个负的Tskew,这是不能取的,因此最大positive clock skew答案为4ns

    3)和(2)类似,但是答案取反,因此最大negative clock skew4ns

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