高速PCB设计:内同步时钟系统

caroline11

共同时钟系统还有一个特例就是内同步时钟系统，很多经验不足的工程师，会把内同步时钟系统误判成源同步时序，按照源同步时序的方式来进行等长控制，导致时序设计错误。

首先，我们来回顾一下怎么判断一个系统是共同时钟，之前的博文提到，找时钟树，确定时钟信号的关系，是判断各种时序系统的关键。共同时钟系统，一般有一个外部的晶振或者晶体，然后通过时钟分配器分别连到系统的驱动端和接收端（也可以是FPGA直接输出不同的时钟到驱动端和接收端），由外部时钟线来控制系统的时序工作方式，叫共同时钟系统。

内同步时钟的时钟信号是从驱动端直接发到接收端的。之前的博文提到，共同时钟系统时序裕量较小，频率无法继续提升的一个关键因素之一就是Tco，受限于工艺等因素，这个Tco很难做到太小，比如SDRAM的Tco max一般有5.4ns。内同步时钟系统把外部时钟驱动器换成了内部的Buffer，这样时钟信号上的Buffer可以和数据信号的Buffer匹配起来可相互抵消，这样器件的Tco的最大最小值之间的范围可以减小，增加时序裕量，使得时序容易满足。

图1

内同步时钟系统容易和源同步搞混，其实把握一个原则就很容易区分，源同步时序一般都存在系统时钟和数据组的Strobe信号，比如DQ和DQS和CLK之间的关系。而内同步时钟就只有一个驱动端接收端共用的时钟信号（在Mobile SDRAM中，信号名是SDCK）
所以内同步时序在计算上，和共同时钟类似，只是在不等式上多了一个变量，就是TCLK_FT : Clock的Flight time，图2为TCLK_FT的测量方法。

图2

内同步时钟的时序计算公式为：（当时钟与数据的传播方向相同时为正方向）
Tco(max)+Tflight(max)+Tsetup-Tclk_ft+Tjitter+Tmargin
Tco(min)+Tflight(min)-Tclk_ft-Tmargin>Thold
这样可通过调节Tclk_ft使时钟处于最佳位置。同样在外同步方式中也可以利用这一方法来调节时序。具体的调节方法在之前的案例中已经进行了介绍，大家可以参考。

总结：
从外部来看，内同步和源同步方式一致，但是两者的内部结构不同。源同步方式是在内同步的结构上在时钟信号的Buffer之前增加了一个寄存器，芯片内部对时钟处理和数据的处理一样。这样时钟可以跟着数据的速度变化，始终在数据中间。

而内同步时钟的本质还是共同时钟系统，时序计算和外部时钟的共同时钟系统一样，只是在计算结果两端要加上或者减去Tclk_ft。时序约束关系也是总长度最大最小值的方式，不是等长的方式。

内同步时钟增加了时序裕量调节的手段，并且因为抵消了Tco的影响，时序更加容易满足。但是时序计算方法更加复杂，需要设计工程师进行把握。