数字电路基础知识——锁存器与触发器的建立时间和保存时间（二）

一、建立时间和保持时间的计算1

时钟周期为T，触发器D1的建立时间最大为T1max，最小为T1min。组合逻辑电路最大延迟为T2max，最小为T2min。
求：触发器D2的建立时间T3和保持时间T4应该满足什么条件？

t_cq：寄存器的输出延时为，即时钟有效沿之后延时Tcq时间，数据才到达寄存器Q端。第一个寄存器有效时钟沿之后Tcq时间，数据才到达Q1端。
t_logic：再经过组合逻辑运算，得到数据C1，其中组合逻辑的延时为。

考虑时钟偏斜时，为t_skew
1）对于建立时间，组合逻辑考虑最大延迟T2max

因此建立时间裕量：= tcycle - (t_cq + T2max) + t_skew - Tsu
根据建立时间裕量 > 0 即 tcycle - (t_cq + T2max) + t_skew - Tsu >= 0
故：
Tsu <= Tcycle - (t_cq + T2max) + t_skew
若不考虑寄存器的输出延迟和时钟偏斜，则
Tsu <= Tcycle - T2max

2）对于保持时间，组合逻辑考虑最小延迟T2min
如果触发器D2的输入信号还在保持的时候，这时候D1已经通过组合逻辑传来改变了D2，因此会破坏D2本来的保持的数据，因此组合逻辑延时太小也不好。

保持时间裕量：= t_cq + T2min - t_skew - Thd
根据建立时间裕量 > 0 即 t_cq + T2min - t_skew - Thd >= 0
故：
Thd <= t_cq + T2min - t_skew
若不考虑寄存器的输出延迟和时钟偏斜 (t_cq = t_skew = 0)，则
Thd <= T2min

3）关于考虑组合逻辑的最大延迟和最小延迟问题。
由于组合逻辑有关键路径，即关键路径对应最大延迟，也有最小延迟，即对应数据最快到达输出端。
因此对于建立时间来说，考虑到最恶劣的情况就是必须考虑到这些最大的延迟；
因此对于保持时间，我们需要考虑到下一个信号最快传输到D2的情况，那么最小的延时也就是代表着最快的传输

二、建立时间和保持时间的计算2——实际电路的Setup和Hold公式及violation(违反)分析

因为在不同的情形下，例如不同的温度，电压，loading等等，每一段电路的delay是不同的，所以对于同一段电路，其delay可以在如下范围中：

Min_delay<= Delay <= max_delay

1. 建立时间
T_period - (T_{c->q_FF1} + T_{comb_logic}) + T_skew - T_setup >= 0
T_skew = T_{clk_delay_FF2} - T_{clk_delay_FF1}
即：
T_{clk_delay_FF1} + T_{c->q_FF1} + T_{comb_logic} + T_setup <= T_{clk_delay_FF2} + T_period
应该满足:
MAX_data_path_delay + T_setup <= MIN_clk_path_delay + T_period
才能保证电路是可靠的。所以在实际电路中：

T_{data_path_max} + T_setup <= T_{clk_path_min} + T_period

对应上图，该公式应该是：

2ns+ 11ns + 2ns + 9ns + 2ns + 4ns <= 2ns + 5ns + 2ns + T_period

所以： 30 <= 9 + 15.因为违反了该公式，所以该电路出现了setup violation。

2. 保持时间
T_{c->q_FF1} + T_{comb_logic} - T_skew - T_hold >= 0
即：
T_{clk_delay_FF1} + T_{c->q_FF1} + T_{comb_logic} –T_hold>= T_{clk_delay_FF2}
应该满足：
MIN_data_path_delay – T_hold >= MAX_clk_path_delay
才能保证电路是可靠的。所以在实际电路中：

T_{data_path_min} - T_hold >= T_{clk_path_max}
对应上图，该公式应该是：

1ns +9ns + 1ns + 6ns + 1ns – 2ns >= 3ns + 9ns + 3ns

所以： 16ns >= 15ns,满足公司要求，所以该电路无holdviolation。

在某些电路中，可以认为clk tree上面没有延迟，可以认为wire没有延迟，那么setup和hold公式就得到简化。

参考博客: https://blog.csdn.net/FBICIACCC/article/details/52683901