時鐘抖動會影響建立時間和保持時間違例嗎？

首先，我們需要理解什么是時鐘抖動。簡而言之，時鐘抖動（Jitter）反映的是時鐘源在時鐘邊沿的不確定性（Clock Uncertainty）。例如，假定我們現(xiàn)在有一個頻率為100MHz的時鐘，那么時鐘周期就是10ns，理想情況下，時鐘的上升沿將會出現(xiàn)在0ns，10ns，20ns……基于此，如果已知時鐘上升沿出現(xiàn)在30ns，這樣我們就可以得出下一個上升沿將會出現(xiàn)在40ns。但實際情況是，下一個上升沿很可能介于39.9ns到40.1ns之間。也就是說，有0.1ns對時鐘周期構成了影響。就FPGA設計而言，對于抖動我們理解這么多就足夠了。

接下來我們看一下時鐘抖動對時序性能的影響。以經(jīng)典的單周期時序路徑為例（收發(fā)時鐘為同一個時鐘且建立時間Requirement為一個時鐘周期），如下圖所示。

就建立時間而言，基于靜態(tài)時序分析（STA）理論，假定數(shù)據(jù)發(fā)起沿為下圖邊沿1，那么捕獲沿將是邊沿3。如果邊沿1出現(xiàn)在20ns這一時刻，那么邊沿3可能出現(xiàn)在以下兩個時刻：

20+Clock Period+Jitter

20+Clock Period-Jitter

考慮最壞情況，我們應該按照20+Clock Period-Jitter來評估建立時間裕量。換言之，實際的時鐘周期為Clock Period-Jitter。

再看保持時間，發(fā)起沿和捕獲沿都是邊沿1，或都是邊沿3，即發(fā)起沿和捕獲沿是同一時鐘的同一個上升沿，故抖動不會對保持時間裕量產(chǎn)生影響。

基于此，我們可以得出如下結論：對于發(fā)送時鐘和接收時鐘是同一時鐘的單周期路徑，時鐘抖動對建立時間有負面影響，但對保持時間沒有影響。這一點，在Vivado的時序報告中也可以看到。如下圖所示，圖中左側為建立時間時序報告，可以看到Clock Uncertainty，而右側為保持時間時序報告，是沒有Clock Uncertainty。

如果發(fā)送時鐘和接收時鐘是不同時鐘呢？假定發(fā)送時鐘為200MHz，接收時鐘為100MHz，兩者由同一個MMCM生成，故二者為同步時鐘。兩者之間的跨時鐘域路徑可采按多周期路徑進行約束。毋庸置疑，抖動仍然會對建立時間有負面影響。對于保持時間，發(fā)起沿是200MHz時鐘的上升沿，捕獲沿是100MHz的上升沿，不是同一個邊沿，故要將100MHz的時鐘抖動考慮在內。

根據(jù)保持時間的定義：數(shù)據(jù)被時鐘有效沿采樣到之后仍要穩(wěn)定保持一段時間，這個時間即為保持時間?？紤]最壞情況，抖動使得時鐘采樣沿后移，意味著數(shù)據(jù)需要保持更長的時間即Th+Jitter。因此，此時，抖動對保持時間也是一種惡化。這一點在Vivado的時序報告中也會有所體現(xiàn)。

審核編輯：劉清