使用时钟PLL的源同步系统时序分析

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使用时钟PLL的源同步系统时序分析

 

一）回顾源同步时序计算

Setup Margin = Min Clock Etch Delay – Max Data Etch Delay – Max Delay Skew – Setup Time

Hold Margin = Min Data Etch Delay – Max Clock Etch Delay + Min Delay Skew + Data Rate – Hold Time

下面解释以上公式中各参数的意义：

Etch Delay：与常说的飞行时间(Flight Time)意义相同，其值并不是从仿真直接得到，而是通过仿真结果的后处理得来。

请看下面图示：

图一为实际电路，激励源从输出端，经过互连到达接收端，传输延时如图示Rmin，Rmax，Fmin，Fmax。

图二为对应输出端的测试负载电路，测试负载延时如图示Rising，Falling。通过这两组值就可以计算得到Etch Delay 的最大和最小值。

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图 1 Raw Etch Delay

 

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图 2 Test Load Measurement

Delay Skew*：Delay Skew描述的是信号在缓冲输出前时钟和相对应数据的相对位置，如图三所示。SKEW_MIN和SKEW_MAX分别确定了无效数据无效窗口的起点和终点。它们的值可正可负，负值表明数据边沿超前于对应的时钟边沿，反之亦然。

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图 3 Delay Skew

Setup/Hold Time：即接受器件正确锁存数据的最小建立和保持时间。

从以上叙述可以清晰看出，时序计算公式中的参数可以分为三类：第一类是Delay Skew，由输出端所用器件决定，从数据手册中可以得到；第二类为Etch Delay，由互连电路决定，需要通过仿真和计算得到；第三类为Setup/Hold Time，由接收端所用器件决定，同样可以从其数据手册中得到。

二）使用时钟PLL的系统时序分析

首先，来看一个简单的是使用时钟PLL的系统接口。如图四所示，数据信号通过传输线直接连接，时钟从输出端（Source）出来后输入时钟PLL，然后PLL输出至接收端（Target），PLL自身有反馈回路。
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图 4 Clock PLL Interface Diagram

从传输网络的角度看，此接口由四条网络组成，分别是数据（data），PLL时钟输入（clkin），PLL时钟输出（clkout）和时钟反馈（clock_fb）。

对应于第一部分的计算公式，可以很容易确定第一类和第三类参数，也就是图示的Delay_Skew，即输出端参数，和SETHLD，即输入端参数。下面来确定第二类，即互连延时。

定义：

IC（Clock Input to the PLL）为源端时钟输入到时钟PLL的Etch Delay，

OC（Clock Output from the PLL）为时钟从PLL输出到接受器件的Etch Delay，

FB为PLL的反馈回路的延时，

NX为PLL的输入到输出的延时，

则：

总的时钟延时

Min Clock Etch Delay = Min IC + Min NX + Min OC – Max FB

Max Clock Etch Delay = Max IC + Max NX + Max OC – Min FB

将得到的总的时钟和数据信号延时代入到时序计算公式，就可以计算出使用时钟PLL的系统时序裕量。

三）使用Quantum-SI仿真计算使用时钟PLL的系统时序

Quantum-SI支持时钟PLL系统时序分析，它领先的信号完整性（SI）和时序分析功能可以快速解决此类问题。

Quantum-SI以电路接口为中心，可以在一个接口上建立多个传输网络，而Quantum-SI可以分析这不同传输网络之间的时序关系。如图五，图六所示

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图 5 Transfer Net

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图 6 Setup/Hold Margin by variation

图六是在图五的传输网络建立后，Quantum-SI自动仿真分析得到。

可以知道，对于系统的时序分析，需要清楚器件内部的时序关系，测试负载的概念与应用，互连传输延时等。而使用时钟PLL的系统，需要清楚时钟信号的传输路径。

对于复杂高速的系统时序分析，需要考虑不同参数，如电压/温度/工艺等对时序的影响。Quantum-SI在高速信号完整性和时序分析方面提供了一个完整的解决方案。

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