校招基礎——時序分析計算


 

1如圖所示時序路徑示意圖,橢圓表示組合邏輯,FF1FF2表示寄存器,A表示數據輸入端口,CLK表示時鍾輸入端口,Z表示數據輸出端口C

A.只要在端口CLK上創建時鍾,即可約束A->Z之間的組合邏輯的延時。

B. 只要在端口Z上設置輸出延時,即可約束FF2 -> Z之間的組合邏輯的延時。

C. 只要在端口CLK上創建時鍾,即可約束FF1->FF2之間的組合邏輯的延時

D. 只要在端口A上設置輸入延時,即可約束A->FF1之間的組合邏輯的延時

 

2時鍾周期為T,觸發器D1時鍾沿到來至觸發器輸出Q變化的時間為Tcoclk~Q)最大為T1max,最小為T1min,邏輯組合電路的延遲時間最大為T2max,最小為T2min,問觸發器D2的建立時間和保持時間應滿足什么條件。

解:其他數據都沒給,所以不帶入,只帶入題目給了的數據。

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

T2hold < T1min + T2min(hold找最小,自然選min

 

3已知regsetuphold時間,求中間組合邏輯的delay范圍。

解:Delay < period -setup-hold

 

4如何計算周期T與設計頻率(最大頻率)Fmax

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

FMAX=1/TCLK

 

5請計算下面邏輯中時鍾clk可以達到的最小周期。(圖中0.8/0.65/0.6分別為CT1CT2CT3的器件延時),3.8CK1經過combinational logic到達DL2D端上的傳播延時、0.2D觸發器建立時間。

解:Tmin =(Tco + Tdata)+Tsu-Tskew

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

 

6如下圖,有一同步電路,module A有一個信號A輸出給module B。時鍾周期是2nsDFFsetup time 0.2nshold time0.18nsDFFclk端延時為0.12nsD1=0.6ns。考慮clock skew = 0.05ns,計算D2的最大值為多少?

 

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

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

Tdata < 1.25

所以最大值為1.25ns

 

7如下圖所示,假定反向器的最大/最小延遲分別為Tinv_max/Tinv_min,與門的最大/最小傳輸延遲時間分別為Tand_max/Tand_min,寄存器(DFF)的時序參數分別是:建立時間(Tsu),保持時間(Thold)和傳輸時間(Tpd)。

(1)請解釋寄存器(DFF)的3個典型的時序

 

建立時間Tsu:在觸發器的時鍾上升沿到來之前,數據保持穩定不變的時間。

保持時間Th:在觸發器的時鍾上升沿到來之后,數據保持穩定不變的時間。

Tpd:當時鍾有效沿變換后,數據從輸入端到輸出端的最小時間間隔。

(2)基於上述電路所給的參數,請分析該電路能正常工作的最大頻率。如果需要的未給定的參數,請給自行定義並說明。

Tmin = Tco+Tsu+Tdata-Tskew

Fmax=1/Tco+Tsu+Tdata-Tskew=1/Tpd+Tsu+Tand_min)這里沒有給出Tskew,所以不管他。

(3)請在圖上表示可能的時序關鍵路徑,並列舉至少兩種可能的方法來改善其數據路徑的延時。

關鍵路徑:通常是指同步邏輯電路中,組合邏輯延時的最大的路徑。也就是說關鍵路徑是對設計性能起決定性作用的時序路徑。所以從圖上找組合邏輯最長的那一條。

對同步邏輯常用的時序優化方法包括1)插入寄存器(2)並行化設計(3)邏輯展平(4)均衡設計(5)優化路徑

 

8、下圖是某電路中的一條關鍵路徑,其中DFF的參數如下:tco=1nstsu=2nsthold = 1ns,Logic的最大延時為4ns,最小延時為3nsclkjitter2ns,則電路最小的時鍾周期為(A

 

A7ns B8ns C9ns D

解:Tmin=Tco+Tdata+Tsu-Tskew+Tjitter = 1+3+2-1+2=7ns(注意,題目沒給Tskew,但圖上畫出來了。)

我覺得還算按最壞情況算,即取4ns,答案為8ns

 

9如下圖為某同步電路,DFF1DFF2setupholdoutput delayclk->Q)時間為0.60.31.2(各時間參數均為ns),假設clk時鍾頻率為250MHZ,請問DFF2setup時間和hold時間是否滿足並說明其原因。

 

由題意可知:Tcyc=1/250M=4ns

建立時間:Tcyc + Tskew -Tco - Tdata-Tsu = 4 + (0.8-1)-1.2-2.2-0.6=4-0.2-4=-0.2 <0,違例

保持時間:Tco+Tdata-Tskew-Th = 1.2+2.2-0.8-1-0.3=3.4-0.1=3.3,滿足

 

10、已知Tsetup=1nsThold=1nsTclk->q = 1ns請回答以下問題。

(1)假設存在positive clock skew1ns問最高時鍾頻率為多少?

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

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

解:(1)5條路徑依次分析: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(這是一個負的Tskew)

DFF1->DFF11+(4+1)+1 = 7ns(DFF1DFF1的時鍾不存在Tskew

DFF2->DFF21+(2+1)+1 = 5ns(DFF2DFF2的時鍾不存在Tskew

最高時鍾周期為9ns所以最高時鍾頻率是1/9ns

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

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

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

DFF2->DFF1-1+(3+1)-1=-4ns(這是一個負的Tskew)

DFF1->DFF10ns(DFF1DFF1的時鍾不存在Tskew

DFF2->DFF20ns(DFF2DFF2的時鍾不存在Tskew

出現一個負的Tskew,這是不能取的,因此最大positive clock skew答案為4ns

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


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