skew电路

1. STA概念浅析之Propagation delay、slew、skew和latency

Propagation Delay（传播延迟）

Propagation Delay是指信号在逻辑门或传输线上从输入到输出所需的时间。它通常分为输出下降延迟（Tf）和输出上升延迟（Tr）。以下是对Propagation Delay的详细解释：

• 定义：Propagation Delay是信号在逻辑门或传输线上传播时，从输入信号的变化到输出信号开始响应这一变化所需的时间。
• 波形分析：在波形图中，Propagation Delay可以通过比较输入和输出信号的边沿来确定。例如，当输入信号从高电平变为低电平时，输出信号从高电平变为低电平所需的时间即为输出下降延迟（Tf）；同理，当输入信号从低电平变为高电平时，输出信号从低电平变为高电平所需的时间即为输出上升延迟（Tr）。
• 理想波形：在理想情况下，Propagation Delay可以简化为两个边沿之间的延迟，即输入信号的边沿与输出信号的对应边沿之间的时间差。

Slew（斜率）

Slew，即斜率，用于描述信号在两个电平之间转换的快慢，也就是信号的上升或下降速率。以下是对Slew的详细解释：

• 定义：Slew是信号在两个电平之间转换所花费的时间，通常用transition time来表示，它是slew rate的倒数。
• 测量方式：transition time的测量可以通过设置阈值来实现，例如20%~80%或10%~90%的电平变化范围。在这个范围内，信号从起始电平变化到目标电平所需的时间即为transition time。
• 影响因素：Slew受到多种因素的影响，包括逻辑门的类型、电源电压、负载电容等。较快的slew rate意味着信号能够更快地从一个电平转换到另一个电平，这有助于减少信号在传输过程中的失真和延迟。

Skew（偏移）

Skew是指两个或多个时钟信号之间的时间差。以下是对Skew的详细解释：

• 定义：Skew是时钟树中不同路径上的时钟信号到达各自终点的时间差异。它反映了时钟信号在传输过程中的不均匀性。
• 时钟树：时钟树是连接时钟源和同步元件（如触发器）的网络。时钟树的起点是时钟定义点，终点是同步元件的时钟端。
• 影响：Skew对系统的时序性能有重要影响。较大的Skew可能导致数据在时钟边沿之前或之后到达触发器，从而破坏数据的同步性和系统的稳定性。
• 控制方法：在时钟树综合过程中，可以通过优化时钟树的布局和布线来减小Skew。此外，还可以使用set_clock_uncertainty命令来指定时钟的不确定性，以包含Skew在内的多种因素。

Latency（延迟）

Latency是指从时钟源到终点的总时间。以下是对Latency的详细解释：

• 定义：Latency是时钟信号从时钟源传播到时钟树终点所需的总时间。它反映了时钟信号在传输过程中的整体延迟。
• 与Skew的关系：Latency与Skew不同，它关注的是时钟信号从源到终点的整体延迟，而Skew则关注不同路径上的时钟信号之间的时间差。
• 控制方法：在时钟树综合过程中，可以通过调整时钟树的布局和布线来优化Latency。此外，还可以使用set_clock_latency命令来显式地指定时钟的延迟。
• 实际应用：在实际项目中，为了进行更加悲观保守的静态时序分析（STA），通常需要为Latency增加额外的裕量（margin）。这有助于确保系统在各种条件下都能稳定工作。

综上所述，Propagation Delay、Slew、Skew和Latency是静态时序分析（STA）中的关键概念。它们分别描述了信号在传输过程中的延迟、转换速率、时钟信号之间的时间差以及时钟信号从源到终点的总时间。在设计和优化数字电路时，需要充分考虑这些因素以确保系统的时序性能和稳定性。

2. 时钟抖动(Jitter)和时钟偏斜(Skew)

时钟抖动（Clock Jitter）和时钟偏斜（Clock Skew）的区别

一、时钟抖动（Clock Jitter）

时钟抖动是指由于晶振本身稳定性、电源以及温度变化等原因造成的时钟频率的变化，也即时钟周期的变化。它表现为相对于理想时钟沿产生的不随时间积累的、时而超前、时而滞后的偏移。具体来说：

• 产生原因：时钟抖动主要由晶振本身的工艺稳定性、电源噪声、温度变化等因素引起。这些因素会导致时钟发生器内部产生的时钟信号周期发生变化。
• 表现形式：时钟抖动是指两个时钟周期之间存在的差值，这个误差是在时钟发生器内部产生的，与晶振或者PLL（锁相环）内部电路有关，布线对其没有影响。
• 影响：时钟抖动会影响数字电路的时序分析，因为时钟信号的不稳定会导致数据在传输过程中的不确定性。在设计中，通常需要在时序裕量中考虑时钟抖动的影响，以确保电路的稳定工作。
• 图示：

  

  从图中可以看出，时钟偏斜表现为同一时钟周期内，不同路径上的时钟信号边沿位置存在差异。这种差异是固定的，可以通过优化布局布线来减小。

总结：

• 时钟抖动是时钟周期的变化，主要由晶振稳定性、电源噪声和温度变化等因素引起，表现为时钟信号相对于理想时钟沿的随机偏移。
• 时钟偏斜是同一时钟产生的多个子时钟信号之间的延时差异，主要由时钟信号传输路径的差异引起，表现为时钟信号边沿位置的固定差异。
• 在数字电路设计中，需要充分考虑时钟抖动和时钟偏斜的影响，并通过合理的时序分析和设计来确保电路的稳定工作。