在數(shù)字電路設計中，時鐘信號是在高電平和低電平狀態(tài)之間振蕩并指導電路性能的信號。邏輯可以在應用中的上升沿、下降沿或兩個沿上切換。由于數(shù)以千計的實例在給定的時鐘域上運行，因此有必要插入緩沖樹......
　抽象的
　由于時鐘速度的提高、邏輯門數(shù)量的增加以及復雜的跨域關系，時鐘樹綜合 (CTS) 在 ASIC 設計中變得更加重要。了解基本實踐對于解決更的時鐘要求和策略至關重要。本文介紹了 (1) CTS 的簡要定義，(2) 歷史上有用的前端設計技巧，(3) 設計到布局切換的關鍵信息，以及 (4) 軟件如何應用該數(shù)據(jù)來實現(xiàn) CTS 。
　介紹
　在數(shù)字電路設計中，時鐘信號是在高電平和低電平狀態(tài)之間振蕩并指導電路性能的信號。邏輯可以在應用中的上升沿、下降沿或兩個沿上切換。由于給定時鐘域有數(shù)千個實例運行，因此有必要插入緩沖樹以充分驅(qū)動邏輯。時鐘樹通常具有布局工程師必須滿足的延遲、偏斜、功耗和信號完整性要求。
　可以說，當電路從前端設計人員轉(zhuǎn)移到后端布局工程師時，時鐘描述和圖表是必須傳達的關鍵信息。多年來，由于溝通不暢、誤解以及涉及時鐘樹的完全重新綜合的需要，損失了數(shù)小時、數(shù)天甚至數(shù)周的設計工作。
　在布局之前，理想時鐘用于綜合和時序約束。時鐘定義約束可能出現(xiàn)在塊的頂層焊盤或引腳上；在宏的輸出上，例如延遲鎖定環(huán)（DLL）或鎖相環(huán)（PLL）；或作為分頻寄存器上生成的時鐘。這些時鐘定義可能是布局工程師需要定義時鐘根的位置，也可能不是，以便在各種操作模式下獲得延遲、平衡和偏差。前端和布局之間的高水平信息交換以及對布局將如何處理該信息的理解將極大地改善物理設計流程的 CTS 過程。
　成功 CTS 的設計技巧
　以下一些技巧已經(jīng)在業(yè)界流傳很長一段時間了，但根據(jù)過去幾年的經(jīng)驗，它們值得重復。
　為您知道將成為時鐘樹起點的時鐘多路復用器或?qū)嵗⒚s定。這為布局提供了很好的健全性檢查，因為很容易在基于字符串的布局數(shù)據(jù)庫中進行搜索和計數(shù)。
　對時鐘根實例使用中強度到高強度的驅(qū)動程序。這使得時鐘樹能夠正確開始。但是，請勿使用庫中可用的驅(qū)動強度，因為如果通過信號完整性 (SI) 分析或片上變異 (OCV) 分析發(fā)現(xiàn)問題，則能夠在設計后期擴大尺寸會很有用。
　如果時鐘分頻寄存器及其同步寄存器要在單獨的測試模式下運行，請確保它們由多路復用邏輯特意驅(qū)動。這允許在測試模式下在多路復用器的輸入側(cè)添加延遲，而無需在功能模式下推出由生成時鐘計時的所有其他寄存器。
　圖 1 顯示了兩個寄存器時鐘分頻寄存器。如果沒有額外的復用邏輯，功能時鐘很可能無法在測試模式下工作。除法寄存器不會與下游的任何寄存器平衡。綠色域中較少的寄存器可能會導致比紫色域中的時鐘快得多的時鐘。

　圖 2 說明了一種多路復用方案，該方案允許每個下游寄存器組和分頻器通過多路復用器的一個輸入獲得化時鐘，并通過另一個輸入獲得平衡時鐘。

　如有必要，插入重置專用驅(qū)動程序。有時會使用幾個寄存器來同步復位。這些寄存器可能不需要與同樣由該時鐘驅(qū)動的所有其他寄存器保持平衡。在圖 3 中，如果沒有集中策略，軟件將嘗試平衡門控邏輯之后的藍色寄存器與復位同步邏輯中包含的每個粉色寄存器。

　如果它們使用自己的專用驅(qū)動程序與其余寄存器分開，則可以在布局中輕松處理這種情況。
　圖 4 演示了如何在切換通信中插入并輕松識別占位符或排除緩沖區(qū)，以便布局工程師知道平衡嘗試可能會在哪里出現(xiàn)分歧。

　提供比您想象的更好的時鐘圖和廣泛的書面描述。當前端設計準備好將網(wǎng)表交付到布局時，他們已經(jīng)廣泛熟悉設計和時鐘要求——或者至少應該熟悉。有時，初的 CTS 工作會發(fā)現(xiàn)布局前時序約束中使用的理想值在物理上無法實現(xiàn)。如果在網(wǎng)表切換中提供準確的時鐘圖以及有關時鐘方案的信息，則導致此問題的問題可以早日暴露出來。
　代表所有設計時鐘（包括門控邏輯）的總體圖或圖表是理想的。這可以是使用繪圖程序或原理圖捕獲工具由軟件生成的。它甚至可以手工繪制并保存為 PDF 或傳真給布局工程師。這張圖片可能相當于一千個字，需要通過數(shù)十個電話和電子郵件來弄清楚時鐘格式。
　由于圖表可能會變得復雜和混亂，因此需要隨附的書面描述。這包括生成時鐘的解釋、任何時鐘門控或復用模式的詳細信息以及偏差平衡和延遲的要求。這些細節(jié)對于每種操作模式都是必需的，因為在時鐘樹插入期間必須對每種模式進行尋址。如果我們不小心的話，寄存器可能會在功能模式下完美平衡，但在測試模式下卻嚴重不平衡。
　如果時鐘使用 DLL 或另一個宏，或者它通過門邏輯，則這些細節(jié)是必要的。必須解釋宏的用途。如果需要的話，可以“通過”這些類型的宏來綜合和平衡。至于門控邏輯，如果存在一種情況，即在一種模式下訪問一個引腳，但在另一種模式下訪問同一單元的另一個引腳，則跟蹤工具會將其識別為“重新收斂時鐘”。盡管布局工具可以解決這些情況，但在時鐘插入期間強制工具查看一個引腳而不是另一個引腳。
　CTS 行業(yè)工具
　行業(yè)軟件通過由設計人員的規(guī)范和指南驅(qū)動的強大工具促進時鐘樹綜合。來自前端的有關時鐘根插入點、延遲、偏斜和轉(zhuǎn)換目標以及門控邏輯、通過寄存器和跨域關系的細節(jié)的信息可以直接移植到 CTS 工具中。然后，布局工程師將酌情決定要使用的緩沖區(qū)類型、優(yōu)化迭代以及路由器的要求（例如間距、屏蔽和金屬層）。
　在插入時鐘樹之前，可以執(zhí)行跟蹤以確保要平衡的端點將被插入。還可以顯示和評估門控邏輯、時鐘根的排除支路、IO 端點和重新收斂實例。
　時鐘樹可以僅由緩沖單元組成，也可以由一系列反相器組成。當今的大多數(shù)技術(shù)都具有特殊的時鐘緩沖和時鐘反相單元，它們具有平衡的上升和下降時間，以幫助確保不受影響的占空比。還可以合并其他要求，例如樹中的級別或每個時鐘單元的扇出。
　結(jié)論
　除了到目前為止討論的所有內(nèi)容之外，布局工程師可能還會嘗試時鐘門感知布局、時鐘布線指南和布局調(diào)整。CTS 的迭代通常會在對偏差、延遲和轉(zhuǎn)換目標進行微小修改的情況下運行。反復試驗有助于實現(xiàn)完美的融合。如果前端了解 CTS 的工作原理，并從一開始就傳達時鐘結(jié)構(gòu)，那么布局工程師就可以更熟練地完成任務。時間表中用于 CTS 的時間可以用于調(diào)整和改進時鐘，而不是簡單地嘗試將它們插入到我的布局中。