關(guān)于鎖存器的time borrowing概念

靜態(tài)時(shí)序分析經(jīng)常會(huì)遇到基于鎖存器（latch）的設(shè)計(jì)從而引入了一個(gè)概念稱為“Time Borrowing”。這篇文章向大家解釋了什么是time borrowing，以及鎖存器（latch）設(shè)計(jì)和時(shí)序報(bào)告中關(guān)于time borrowing的處理方式。

下面的時(shí)鐘信號(hào)周期為10，占空比為50%：

同時(shí)我們引入一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，如下所示：

為了更容易理解，我們假設(shè)每個(gè)觸發(fā)器的建立時(shí)間和保持時(shí)間均為“0”。

同樣假設(shè)時(shí)鐘偏移和時(shí)鐘延遲也為“0”。

F1在時(shí)刻0得到數(shù)據(jù)，F(xiàn)2在時(shí)刻10對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采樣。

因此如果數(shù)據(jù)在時(shí)刻10之后到達(dá)F2，那么F2就不能采集到正確的數(shù)據(jù)。

同理，從F2傳出的數(shù)據(jù)到達(dá)F3也需要10個(gè)時(shí)間單位，在下一個(gè)時(shí)鐘沿的時(shí)候被采樣。

現(xiàn)在我們用一個(gè)鎖存器（latch）L2替代F2，鎖存器的Gate也由同樣的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)：

F1在時(shí)刻0發(fā)出數(shù)據(jù)：

數(shù)據(jù)會(huì)在時(shí)刻10之前到達(dá)鎖存器的輸入端，數(shù)據(jù)會(huì)在鎖存器的D端口等待。

這與F2的效果非常相似。

但是如果數(shù)據(jù)在時(shí)刻10之后到達(dá)會(huì)發(fā)生什么呢？

在時(shí)刻10到15之間可以說(shuō)L2是透明的。

因此即使數(shù)據(jù)在時(shí)刻10之后到達(dá)L2，L2也能夠處理只要數(shù)據(jù)能夠在時(shí)刻15之前到達(dá)L2。

這意味著數(shù)據(jù)可以最多用15個(gè)時(shí)間單位到達(dá)鎖存器，而使用觸發(fā)器最多是10個(gè)時(shí)間單位。

舉個(gè)例子，如果數(shù)據(jù)在時(shí)刻12到達(dá)L2，這意味著與觸發(fā)器相比，鎖存器提供了2個(gè)時(shí)間單位的優(yōu)勢(shì)。

在這個(gè)例子中L2最多能提供5個(gè)時(shí)間單位的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)在讓我們?cè)賮?lái)看一下L2到F3之間的路徑。

數(shù)據(jù)在時(shí)刻12從L2傳出，在時(shí)刻20被F3采樣。

那么從L2到F3僅花費(fèi)了8個(gè)時(shí)間單位。

在都是由觸發(fā)器組成的電路中，第二段路徑則需要10個(gè)時(shí)間單位。

這樣看來(lái)這個(gè)電路少用了2個(gè)時(shí)間單位。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)：

通往鎖存器的路徑多用了2個(gè)時(shí)間單位 因此，鎖存器后面的路徑必須在原來(lái)的基礎(chǔ)上（10個(gè)時(shí)間單位）少用2個(gè)時(shí)間單位。

我們可以這樣來(lái)看，通往鎖存器的路徑向后面的路徑“借用”了2個(gè)時(shí)間單位。

因此，通往鎖存器的路徑可以從后續(xù)的路徑借用時(shí)間（相當(dāng)于鎖存器是透明的）。

時(shí)間借用的時(shí)間不需要全部都借。

實(shí)際借用的時(shí)間只需要滿足路徑時(shí)序要求的最小值（鎖存器全部透明時(shí)為最大界限）。

以我們這個(gè)例子來(lái)說(shuō)：

可以借用的時(shí)間單位為5個(gè)時(shí)間單位。 實(shí)際借用的時(shí)間為2個(gè)時(shí)間單位。 默認(rèn)是10個(gè)時(shí)間單位，加上額外的2個(gè)時(shí)間單位，這段信號(hào)路徑需要12ns能夠滿足時(shí)序要求。

我們要注意到F1到F3這段路徑仍然使用了20個(gè)時(shí)間單位，沒(méi)用改變。

只是時(shí)間分布改變了。

感謝Catalin Baetoniu，在實(shí)際的時(shí)序設(shè)計(jì)中驗(yàn)證了這些概念。

作者：Sanjay Churiwala，賽靈思公司工具與方法學(xué)應(yīng)用專(zhuān)家