Zpoždění, setup a hold

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

Až sem byla řeč o napětích. Teď o čase — a o jediném rozpočtu, který v synchronním obvodu existuje: jedna perioda hodin. Do ní se musí vejít všechno, co se má mezi dvěma hranami stihnout, a nic z toho se nedá odložit.

T = 1/f = 20,00 ns
Mezi dvěma hranami hodin se musí stihnout všechno. Perioda je pevná a nedá se z ní ukrojit.
t_co = 1,2 ns
Od hrany hodin k tomu, než se na výstupu objeví nová hodnota, uplyne t_co.
t_logika = 4,0 ns
Logika mezi klopnými obvody má svoje zpoždění, a platí ta nejdelší cesta, ne průměrná.
t_su = 0,8 ns
Data musí být klidná t_su PŘED hranou. Tenhle kus periody nepatří výpočtu.
t_skew = 0,3 ns
Rozjezd hodin ubere z rozpočtu ještě jednou — a stejným dílem ublíží i podmínce hold.
slack = 13,60 ns
Kladná rezerva znamená, že to jede. Záporná znamená, že se musí zpomalit — nebo zkrátit logika.

Perioda jako krabice a čtyři věci, které se do ní cpou. Zvyšuj hodiny a sleduj, kdy zelený zbytek zmizí.

Setup: závod s hodinami

slack = T − ( t_co + t_logika + t_su ) − t_skewkladné = jede

Data musí být klidná před hranou, ne v ní — proto t_su patří do rozpočtu stejně jako výpočet. Když rezerva vyjde záporná, existují tři páky a všechny fungují: zpomalit hodiny, zkrátit nejdelší cestu (rozdělit logiku na dva takty), nebo srovnat hodiny.

Hold: závod, který zpomalení neřeší

Druhá podmínka říká, že data musí zůstat klidná ještě chvíli po hraně. Kdyby dorazila nová hodnota moc brzo, přepsala by tu, kterou klopný obvod právě zachycuje.

slack_hold = ( t_co,min + t_logika,min ) − t_hold − t_skewperioda v tom není

Všimni si, co v tom vzorci chybí: T. Rezerva hold na frekvenci hodin vůbec nezávisí — je stejná při 200 MHz i při 1 MHz. To je jediný důvod, proč se o hold mluví zvlášť: porušení setupu se spraví zpomalením, porušení holdu ne. Deska, která nejde ani na nejnižších hodinách, má buď hold, nebo něco úplně jiného. V testech je tohle ověřené přes tři řády frekvence, ne jen na jednom bodě.

Rozjezd hodin bere dvakrát

Skew ubere ze setupu a stejným dílem z holdu — obojí najednou, obojí proti návrháři. Proto se hodinový strom kreslí jako rozvětvený, se stejně dlouhými větvemi, a proto se hodiny nikdy nevedou „odbočkou z nejbližšího místa". Je to jediný signál na desce, u kterého je stejná délka důležitější než krátká.