当前课程知识点：数字集成电路分析与设计 > Exercise II > 7. Problem 14 > Video
下面让我们进行到第14题
题中我们有一个时序逻辑电路
这是寄存器1
这是寄存器2
它们通过逻辑A和逻辑B连接
时钟沿着这个方向前进
从这里到这里
经过缓冲器
缓冲器的延时等于delta
那么如图所示的时序逻辑电路
所包含的时间参数如下所示
R1的建立时间等于t1s
R1的保持时间等于t1h
R1的传播延时等于t1q
对于寄存器2也一样
R2的建立时间等于t2s
R2的保持时间等于t2h
R2的传播延时等于t2q
对于累加逻辑电路
逻辑A的最大传播延时等于ta1
最小传播延时
也就是最快传播延时等于ta2
这里也一样
你可以看到
逻辑B的最大传播延时等于tb1
最小传播延时等于tb2
而时钟输入间的时钟偏差
即到达寄存器2和到达寄存器1的
时钟端口的时间差大于等于0
题目中
要求我们推导这些参数索要满足的条件的表达式
来确保这个时序电路的功能稳定
那么这个时序逻辑电路中
我们知道这个部分的建立时间
保持时间 时钟偏差
我们还知道这个部分的建立时间
保持时间和时钟偏差
以及逻辑A的最大延时
和逻辑B的最大延时
逻辑A的最小延时
逻辑B的最小延时
我们需要去推导这些参数
要满足的表达式
来确保这个电路的功能可以稳定
同时我们知道
时钟端口之间的失踪偏差延时
这是一道比较难的题
请仔细思考
暂停视频好好计算
推导你的结果再来听我的分析
好的 让我们来分析这道题
首先我会回顾一下时序逻辑约束
和其它的相关内容
首先
对于时间约束我们知道建立时间
就是在时钟上升沿到来前
输入数据必须要保持稳定
否则输出就不能被可靠的建立起来
这就是建立时间的定义
例如
这是上升沿
在时钟上升沿之前
输入数据必须要保持稳定
也就是不能再变化
这是建立时间
这是保持时间
也就意味着当时钟上升沿到来后
输入数据必须稳定
否则输出不能可靠的建立
因此这就是保持时间
换句话说
在这条线和这条线之间
被包围的时钟上升沿之内
输入必须保持稳定
否则Q不能被正确可靠的建立
这是建立时间和保持时间
对于时钟Q
这个式子是最坏情况传播延时
也就是D输入被拷贝到Q输出的最长时间
当我们要拷贝D到Q的最大延时
相对于参考时钟沿
一般被称为传播延时
这里我们还有cdreg
cd这里意味着污染延时
也就是D被拷贝到Q的最小延时
或最大速度
这是最快的传播延时
相对于参考时钟沿
D要同时被拷贝到输出Q
这一般被称为污染延时
所以对于这个Tclk-q
这是它的最大延时
对于这个Tclk-q
这是最小延时
也是最快的
被称为污染延时
如果我们知道这些了
包括建立时间保持时间
tclk-q以及Cdreg
那么我们就可以分析时钟约束
包括全部这些时钟到Q
组合逻辑
建立时间还有其它的约束
例如你可以看这张图中
这里我们有两个寄存器
我们在这两个寄存器之间
加入一个组合逻辑电路
因此我们必须确保
这里的建立时间
保持时间满足始终约束
因此我们对于时钟周期
要有一些约束
还有时钟到Q
以及逻辑的延时
建立时间
所以时钟必须满足
大于或等于Tclk-q加tpcomb加tsetup
tpcomb意味着最大延时
因此时钟必须大于这个
否则电路的功能不会正确
这些是时钟周期的约束
我们主要看这两个时间点
例如
只有这个是时钟上升沿
那么数据经过这个时间
这个时间
这个时间
在时钟上升沿到来前
到达寄存器2
因此这是第一个约束
第二个约束中
你可以看到
如果我们观察同一个时间点t1
如果这是t1
那么我们知道这是保持时间的定义
因此在上升沿之后
输入数据必须保持稳定
否则输出不能有效的建立
因此在时钟上升沿之后
保持时间必须小于
或等于这个的延时
tcdreg加tcdlogic
cdlogic意味着
经过这个逻辑的最小延时
cdreg意味着
t从时钟上升沿到Q的最小延时
所以这个必须要小于这个
否则数据将会被新的数据冲刷掉
数据将被更新
这不是我们想要的结果
所以我们知道
保持时间必须要小于
或等于tcdreg加tcdlogic
因此这里根据保持时间
和建立时间
时钟到Q以及cdreg的定义
我们有了这些约束
时钟周期必须要大于这个
时钟到Q
tplogic的最大值加上tsetup
对于保持时间thold
必须小于tcdreg加tcdlogic
根据这些
我们就可以推导这道题目了
因此在这道题中
我们有两个寄存器
两个逻辑电路
以及一个时钟偏差缓冲器
我会给你们一幅图
来展示这些参数的细节
所以你们可以看到
这是寄存器2的时钟上升沿
这是寄存器1的时钟上升沿
因为这个上升沿比这个先到
你可以看到从红线
R1到R2
我们可以看到这个的延迟的关于t1q
加ta1加第二个寄存器的建立时间
就是这个
加这个
必须小于时钟周期减去delta
因为从这条线到这条线的时间
to this line
这是时钟周期
这是delta时钟偏差
所以这个
这是t减d
t减delta
因此t减delta
必须大于等于t1q加ta1加ts2
同样如果我们想要计算第二个寄存器的约束
这里我们可以看到t2q
t2q这里加上tb1
因此这里的tb1
是这个逻辑的最大延时
这是最大延时
因此t2q加tb1
加第一个寄存器的建立时间
必须小于或者等于t加delta
这是t对吗
这是时钟周期t
这是delta
所以t2q 加tb1 加t1s
必须小于t加delta
所以首先这两个表达式
就是时钟周期的约束
其次对于保持时间
对于保持时间
我们知道在保持时间内
输入必须要稳定
输入不能被冲刷
或者被新到的数据污染
因此你可以看到这里
从寄存器2到寄存器1
t2q加tb2
tb2意味着b逻辑的最小延时
这个部分必须大于t1h加delta
因为这是t1h对吧
对于这个delta
这个必须要大于t1h加delta
否则寄存器1的输入将会被污染
同样当我们考虑数据
从R1到R2
我们可以发现
t1q加ta1 ta2意味着逻辑A的足校延迟
所以t1q加ta2必须大于t2h
这是t2h
这是delta
这是时钟偏差
必须大于t2h减delta
因此在寄存器2的
上升沿之后
也就是寄存器2的输入数据不会被污染
因为经过寄存器1的数据
最快也会在保持时间之后到来
这也是为什么我们有这个约束
最后我们有这四个表达式
在约束我们的时钟周期
这个约束时钟周期
这个约束保持时间
这个约束保持时间和deltaa
这就是第14题的解答
以上这些问题
包括了如何设计加法器
如何应对噪声
以及如何判断不同时间参数
如建立时间保持时间等等这些之间的关系
以及所有这门课
第二部分（功耗，功耗最小化）的知识点
谢谢你的关注
下面
让我来总结这门课的要点
首先 第一章中
我介绍了数字设计的一些常用参量
包括了一些很重要的量
比如 VTC VM VOH VOL VIH VIL NMH NML
我还介绍了一些级联性质
噪声容限
扇入扇出
还有一些其它的量
比如 tp tr tf 0.69RC 2.2RC
还有 Ppeak Pav PDP and EDP
对于书中的第八章
我介绍了全定制
和半定制设计的基本概念
还有他们的区别
应用范围
你知道全定制意味着自己动手做
我们可以得到最好的性能
最低的功耗最小的面积
然而 这非常花时间 人力
半定制设计意味着
我们使用一些库和EDA工具来辅助设计
这非常的方便
然而 性能 功耗 以及面积开销
都不会有全定制那么好
在第三章中
我介绍了pn结二极管
在pn结二极管中
Φ0，ID以及Cj 结电容
线性增长因子应该是重点
对于MOS晶体管
我介绍了速度饱和的概念
还有用于手工分析
等效电阻的MOS管的标准模型
MOS电容
并且我介绍了一些二级特性
对于第五章
我介绍了两种计算开关电压的方法
以及计算噪声容限和负载电容
传播延时以及反相器链最优化的方法
对于动态功耗
我们有计算功耗的方法
还有如何使能量消耗最小的方法
对于第六章
主要知识点是
如果使逻辑门链性能最优
以及如何处理伪NMOS逻辑电路
此外
我介绍了动态电路的概念
基本性质
动态门的静态和动态性质
还有信号完整性的问题
第七章中
对于时序逻辑电路
我介绍了时间测度
时间参数
还有例如静态SR触发器 锁存器
主从边缘触发寄存器的性质
以及动态锁存器的性质
包括了传输门边缘触发寄存器
C2MOS寄存器以及TSPC寄存器
此外
还介绍了施密特触发器的
性质和定量分析
对于第十一章
我介绍了位划分的数据路径的概念
我还介绍了加法器
从电路设计角度出发
我介绍了复合门
加法器 MLL加法器
镜像加法器和曼彻斯特进位链
从逻辑设计角度
我介绍了进位旁路
选择加法器
超前加法器
包括了线性 对数
和先行进位加法器
我还介绍了乘法器
包括特制的基4的booth编码算法
以及如何设计它的
除了基4的
你还可以
根据算法设计基8booth编码
此外还介绍了移位器
桶型移位器
对数移位器等
对于连线
我介绍了连线的基本知识
包括线电容 线电阻
以及连线的模型
包括了集成RC模型和分布式RC模型
在第九章中
我介绍了如何应对连线
包括寄生电容和电容串扰
以及驱动
如何驱动大电容
以及寄生电阻包括了IR下降（IR下降就是电压下降）
以及插入缓冲器的技巧
那么
这些就是这门课的主要知识点
谢谢你的收看
-1
--文档
-1.Introduction to Digital IC
--Video
-2.Architecture of Digital Processor
--Video
-3.Full Custom Design Methodology
--Video
-4.Semicustom Design Methodology
--Video
-5.Quality Metric of Digital IC
--Video
-6.Summary and Textbook Reference
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料1
--补充材料2
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.The Diode
--Video
-3.The MOSFET Transistor
--Video
-4.Secondary Effects
--Video
-5.Summary and Textbook Reference
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.Static Behavior
--Video
-3.HW--作业
-3.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Dynamic Behavior I
--Video
-2.Dynamic Behavior II
--Video
-3.Power Dissipation
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction
--Video
-2.Static CMOS Design I
--Video
-3.Static CMOS Design II
--Video
-4.HW--作业
-4.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Static CMOS Design III
--Video
-2.Static CMOS Design IV
--Video
-3.Dynamic CMOS Design
--Video
-4.Summary
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction I
--Video
-2.Introduction II
--Video
-3. Static Latches and Registers I
--Video
-4.Static Latches and Registers II
--Video
-5.Static Latches and Registers III
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-1.Key Points Review
--Video
-2.Dynamic Latches and Registers I
--Video
-3.Dynamic Latches and Registers II
--Video
-4.Dynamic Latches and Registers III
--Video
-5.Pulse Register
--Video
-6.Pipelining
--Video
-7.Schmitt Trigger
--Video
-8.Summary and Textbook Reference
--Video
-9.HW--作业
-9.PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Adder: Full Adder (Definition)
--Video
-3. Adder: Circuit Design
--Video
-4. Adder: Logic Design I
--Video
-5. Adder: Logic Design II
--Video
-6. Adder: Summary
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料
-1. Key Points Review
--Video
-2. Multiplier
--Video
-3. Shifter
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5. HW--作业
-5. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitance
--Video
-3. Resistance
--Video
-4. Electrical Wire Models
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitive Parasitics
--Video
-3. Capacitive Parasitics II
--Video
-4. Resistive Parasitics
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Assignment Solving
--Video
-2. The teaching assistants want to say
--Video
-1. Problem 1
--Video
-2. Problem 2
--Video
-3. Problem 3
--Video
-4. Problem 4
--Video
-5. Problem 5
--Video
-6. Problem 6
--Video
-7. Problem 7
--Video
-1. Problem 8
--Video
-2. Problem 9
--Video
-3. Problem 10
--Video
-4. Problem 11
--Video
-5. Problem 12
--Video
-6. Problem 13
--Video
-7. Problem 14
--Video
