STA学习笔记-0

如今的逻辑设计复杂度和工作频率要求越来越高。为了保证设计稳定可靠，必须对设计附加时序约束，对综合实现结果进行时序分析。

导言

时序约束：主要用于规范设计的时序行为，表达设计者期望满足的时序条件，指导综合和布局布线阶段的优化算法等。

时序约束的作用：1、提高设计的工作频率。 2、获得正确的时序分析报告。

静态时序分析（英语：Static Timing Analysis, STA），或称静态时序验证，是电子工程中，对数字电路的时序进行计算、预计的工作流程，该流程不需要通过输入激励的方式进行仿真。

静态时序分析是相对于“动态时序仿真”而言，动态时序仿真占用的时间非常长，效率低下。因此STA成为最常用的分析、调试时序性能的方法和工具。分析每个时序路径的延迟，计算出设计的最高频率，发现时序违规。

STA的目的仅聚焦于时序性能的分析，并不涉及设计的逻辑功能。

本文将介绍STA的理论和方法，后期配合相关时序分析题目检验所学的知识。

下面将介绍时序概念：周期、最大时钟频率、时钟建立时间、时钟保持时间、时钟到输出的延时、管脚到管脚的延时、Slack和时钟偏斜。

 

 图中Tclk是时钟的最小周期。Micro Tco 是寄存器固有的时钟输出延时，Tlogic 是同步元件之间的组合逻辑延时，Tnet是网线延迟，Micro Tsu 是寄存器固有的时钟建立时间，Tclk_skew 是时钟偏斜。

最小周期和最高频率计算如下：

 

fmax能综合体现设计的时序性能，是最重要的时序指标之一。

建立时间：输入信号应该提前时钟上升沿（如上升沿有效）T时间到达芯片，这个T就是建立时间：Setup time.如果不满足Setup time，这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿，数据才能被打入触发器。

举个例子：坐火车时需要提前到站检票安检，而不是一到火车站就可以乘坐。必须的提前到站的时间就是建立时间。

保持时间：保持时间是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间（数据保持不变以便能够稳定读取）。

时钟建立时间 Clock Setup Time

 Micro Tsu 是寄存器固有的时钟建立时间,触发器固有属性，通常小于1ns。

时钟保持时间 Clock Hold Time

  Micro Th 是寄存器固有的时钟保持时间,触发器固有属性，通常小于1ns。

时钟输出延时  Clock Output  Delay

定义：指的是在时钟有效沿到数据有效的最大时间间隔。

  Micro Tco 是寄存器内部延时参数,触发器固有属性，通常小于1ns。

引脚到引脚的延时  Pin to Pin Delay

 

时钟偏斜  Clock  Skew

 

 

以下面为例，静态时序分析：

 

 

 launch edge : 时钟源第一个上升沿对应时刻，数据发送沿。STA以该时刻为0时刻。

 latch   edge  : 时钟源第二个上升沿对应时刻，数据接收沿。STA以该时刻为结束时刻。

Tsu ：建立时间。 Th ：保持时间。 Tco : 时钟输出延时。 Tdata : 两个REG中组合逻辑延时。 Tskew: 时钟偏斜。

 

 

 

 

 STA分析核心公式：T+Tskew-Tco-Tdata-Tsu>=0  满足此不等式，即可判断是否满足建立时间裕量，即满足时序要求。

保持时间约束条件：Tco+Tdata-Tskew-Th>=0

 

 

 

 

 

 

参考资料：1、建立时间_百度百科 (baidu.com)

　　　　　2、静态时序分析_百度百科 (baidu.com)

　　　　　3、Intel FPGA/CPLD设计

　　　　　4、(105条消息) 静态时序分析（STA）概念 例题_昨日傍晚的博客-CSDN博客_静态时序分析题目