你的時(shí)鐘，我的布線

　　在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘信號是一種在高態(tài)與低態(tài)之間振蕩的信號，決定著電路的性能。在應(yīng)用中，邏輯可能在上升沿、下降沿觸發(fā)，或同時(shí)在上升沿和下降沿觸發(fā)。由于溢出給定時(shí)鐘域的案例極多，故有必要插入緩沖器樹來充足地驅(qū)動(dòng)邏輯。時(shí)鐘樹通常帶有布線工程師必須滿足的延遲、歪曲率、最小功率及信號完整性要求。

　　當(dāng)電路從前工序設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)移到后工序布線工程師時(shí)，可以認(rèn)為時(shí)鐘概述與圖表是必須溝通的最關(guān)鍵信息。多年以來，由于溝通失誤，數(shù)以小時(shí)、天甚至是星期計(jì)的設(shè)計(jì)工作淪為白費(fèi)，需要包括時(shí)鐘樹在內(nèi)的全套重新合成。

　　在布線之前，采用極佳的時(shí)鐘來用于合成及時(shí)序約束。約束的時(shí)鐘定義可能出現(xiàn)在模塊的頂層焊盤或引腳;可能出現(xiàn)在宏的輸出，如鎖延遲環(huán)(DLL)或鎖相環(huán)(PLL);或者作為產(chǎn)生的時(shí)鐘出現(xiàn)在除法寄存器上。這些時(shí)鐘定義可能是也可能不是布線工程師需要定義時(shí)鐘樹根以在不同工作模式之間獲得最優(yōu)延遲及平衡歪曲率的領(lǐng)域。前工序及布線工程師之間圍繞這些信息的高級別信息溝通以及理解布線工程師怎樣運(yùn)用這些信息，將大幅優(yōu)化物理設(shè)計(jì)流程的CTS過程。

　　有效CTS的設(shè)計(jì)技巧

　　下面的某些技巧在業(yè)界已經(jīng)使用多年，但基于過去幾年的經(jīng)驗(yàn)，仍然值得重復(fù)運(yùn)用。

　　為時(shí)鐘樹根使用中到大強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)器。這就使時(shí)鐘樹能有恰當(dāng)?shù)钠瘘c(diǎn)。但不要使用庫中最大的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，如果信號完整性(SI)分析或片上變化(VOC)分析未出現(xiàn)問題，能夠在隨后的設(shè)計(jì)中用到。.

　　如果時(shí)鐘除法寄存器及其同步寄存器要在單獨(dú)測試模式中工作，確保它們被復(fù)用邏輯有針對性地驅(qū)動(dòng)。這就能夠在測試模式下在輸入端增加延遲，而不會(huì)影響此功能模式下所產(chǎn)生的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的其他所有寄存器。

　　(divide-by)寄存器不會(huì)與任何下行寄存器平衡。綠色域的寄存器數(shù)量越少，越會(huì)使時(shí)鐘速度比紫色域中的時(shí)鐘速度快得多。

　　圖1 寄存器時(shí)鐘除法寄存器

　　圖2顯示了可能使每簇下行寄存器及除法寄存器能夠通過復(fù)用的一種輸入擁有極小時(shí)鐘及通過復(fù)用的另一路輸入擁有平衡時(shí)鐘的復(fù)用機(jī)制。

　　圖2 下行寄存器及除法寄存器復(fù)用機(jī)制

　　若有需要，則插入專用復(fù)位驅(qū)動(dòng)器。某些情況下將使用幾個(gè)寄存器來同步復(fù)位。那些寄存器可能并不需要由相同的寄存器來平衡。在圖3中，由于未采用集中策略，軟件將嘗試平衡門控邏輯后的藍(lán)色寄存器，而每個(gè)粉紅色寄存器包含在復(fù)位同步邏輯中。

　　圖3 平衡門控邏輯后的寄存器

　　如果它們在各自專用驅(qū)動(dòng)器中與其他寄存器分開了的話，在布線過程中這種情況就很容易處理。圖4顯示了可以怎樣在設(shè)計(jì)交遞(hand-off)溝通過程中插入及輕易識別占位符(place-holder)或排除緩沖器，使布線工程師知道哪里可能會(huì)出現(xiàn)平衡問題。

　　圖4 插入及輕易識別占位符或排除緩沖器

　　提供超出預(yù)期的時(shí)鐘圖表及大量時(shí)鐘簡介。當(dāng)前工序設(shè)計(jì)準(zhǔn)備好提供網(wǎng)表進(jìn)行布線時(shí)，他們已經(jīng)非常熟悉設(shè)計(jì)及時(shí)鐘要求。某些情況下，初始CTS設(shè)計(jì)會(huì)提示預(yù)布線時(shí)序約束中使用的理想值在實(shí)際物理設(shè)計(jì)中不能實(shí)現(xiàn)的情況。如果提供了精確的時(shí)鐘圖以及帶有時(shí)鐘原理相關(guān)信息的網(wǎng)表交遞，就能夠更快地弄清導(dǎo)致此狀況的問題。

　　總體圖或是代表設(shè)計(jì)中所有時(shí)鐘(含門控邏輯)的圖非常有用。這要么是采用畫圖軟件，要么是使用電路圖捕獲工具等使用軟件產(chǎn)生的圖，甚至還可以是手繪并存儲(chǔ)為PDF文檔或發(fā)送傳真給布線工程師的圖。此圖抵得上嘗試直接獲得時(shí)鐘格式的多次通話或電子郵件溝通過程中的千言萬語。

　　由于圖表可能會(huì)很復(fù)雜繁瑣，就需要提供相應(yīng)的簡介文檔，包括產(chǎn)生的時(shí)鐘、任何時(shí)鐘門控或復(fù)用圖案的詳情以及歪曲率平衡和延遲要求等方面的闡釋。每種工作模式都需要這些詳細(xì)信息，因?yàn)樵诓迦霑r(shí)鐘樹期間必須應(yīng)對每種模式。寄存器可能最后會(huì)提供用于功能模式的平衡，但如果我們不仔細(xì)的話，測試模式下可能極不平衡。

　　如果時(shí)鐘使用DLL或其他宏或它通過門控邏輯，這些詳細(xì)信息就在所必需了。如果有需要的話，有可能通過那些類型的宏來合成及平衡。對于門控邏輯而言，如果存在一個(gè)引腳通過一種模式來連接、但同單元的其他引腳采用另一種模式來連接的情況，走線工具將把這種情況識別為“重匯聚時(shí)鐘”。雖然布線工具可以解決這些問題，但更好的解決辦法可能是迫使工具在時(shí)間插入期間查看這個(gè)引腳而非其他引腳。

　　業(yè)界軟件工具中的CTS

　　業(yè)界軟件遵循設(shè)計(jì)人員的規(guī)格及指引，以強(qiáng)大的工具推動(dòng)時(shí)鐘樹合成。源自前工序的跟時(shí)鐘樹根插入點(diǎn)、延遲、歪曲率及過渡目標(biāo)相關(guān)的信息以及用于門控邏輯、通過寄存器和跨域關(guān)系的詳細(xì)信息能夠直接移植到CTS工具中。然后布線工程師將自已判斷要使用的緩沖器類型、優(yōu)化迭代及間距、屏幕和金屬層等布線要求。

　　在插入時(shí)鐘樹之前，能夠使用走線來確保存在旨在用于平衡的端點(diǎn)。還能夠提示及評估門控邏輯、時(shí)鐘樹根排除的分支、IO端點(diǎn)以及重匯聚實(shí)例。

　　時(shí)鐘樹可能僅包含緩沖單元或是系列反相器。如今的大多數(shù)技術(shù)擁有特別的時(shí)鐘緩沖及時(shí)鐘反相單元，這些單元提供平衡的上升及下降時(shí)間，以幫助確保占空比不被損及。還可以整合其他要求，如時(shí)鐘樹中等級或各個(gè)時(shí)鐘單元的最大扇出。

　　結(jié)論

　　除了上文探討的所有因素，布線工程師很可能還會(huì)嘗試有時(shí)鐘門控意識的布局、時(shí)鐘布線指引及平面布局調(diào)整。CTS替代通常在極少調(diào)整歪曲率、延遲及過渡目標(biāo)的情況下運(yùn)行。試錯(cuò)法幫助提供極佳的協(xié)調(diào)。如果前工序理解CTS如何工作且在最開始就溝通時(shí)鐘結(jié)構(gòu)，那么布線工程師將能夠更加得心應(yīng)手地接手任務(wù)。日程中原本計(jì)劃用于CTS的時(shí)間就可以用于微調(diào)及改善“你的時(shí)鐘”，而非簡單地嘗試將其插入到“我的布線”。