数字IC笔试题——门控时钟与控制信号电平、与门门控、或门门控、上升沿门控、下降沿门控

2024-01-22 06:20

本文主要是介绍数字IC笔试题——门控时钟与控制信号电平、与门门控、或门门控、上升沿门控、下降沿门控,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

    门控时钟问题

(华为-2019-芯片-数字-34)

    从后端设计考虑,在必须使用门控时钟的时候,需要遵循一个原则:门控时钟的输出只能跟着时钟信号进行跳变,而不能跟着控制信号进行跳变,也就是说对于用NAND Gate或者AND Gate实现的门控时钟,控制信号只能在时钟的低电平处进行跳变;对于用OR Gate或者NOR Gate实现的门控时钟,控制信号只能在时钟的高电平处跳变()

A. 正确

B. 错误

答案:A

FPGA探索者

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解析:

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对于与门:

(1)使用条件:clk 上升沿有效;

(2)ena 高电平开启门控,ena 的电平跳变必须在时钟的低电平区间;

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对于或门(ena 输入有个取非):

(1)使用条件:clk 下升沿有效;

(2)输入的 ena 高电平开启门控,ena 的电平跳变必须在时钟的高电平区间;

    如果或门上不对 ena 取非,则 ena 在低电平开启门控。

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门控时钟:

    有效降低动态功耗,是低功耗设计方法之一,主要应用于低功耗设计领域。

    门控时钟在 ASIC 中使用较多,在 FPGA 使用较少,使用门控时钟会影响时序分析。

    对上升沿有效的 clk,使用与门进行门控,ena 使能信号跳变只能发生在时钟的低电平区;

    对下降沿有效的 clk,使用或门进行门控,ena 使能信号跳变只能发生在时钟的高电平区;

参考:

https://blog.csdn.net/bleauchat/article/details/96502907

对上述单独的与门、或门组合逻辑的门控时钟的改进:

(1)使用锁存器

来源:

https://vlsi.pro/integrated-clock-gating-cell/

    对与门:

    使用一个锁存器,时钟 CLK 取反后作为使能端。

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    对应时序波形:

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    利用锁存器的锁存特性,得到时序图如下。

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    对或门:

    使用一个锁存器,时钟 CLK 作为使能端。

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(2)使用触发器

    对与门,使用下降沿触发的 D 触发器寄存使能信号。

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    使用下降沿的目的,保证时钟高电平时,输出端不会发生变化,跳变只出现在时钟的低电平区间。

    

    在不考虑时钟 skew 的情况下,如下图所示。

图片

    要不要考虑 clock skew?使用 ICG 集成门控的库或者原语,应该是不需要考虑的(如果要使用门控时钟,也只能用库或者原语,自己写的还是别用了)。

    如果考虑 skew 的话,上升沿触发和下降沿触发,对应 skew 正负 2 种情况下,各有 1 种会出现毛刺,感兴趣的可以自己画一画。

时序、跨时钟域、格雷码、关键路径、STA 静态时序分析:

CDC跨时钟域处理及相应的时序约束【set_clock_groups】【set_max_delay】【FPGA探索者】

FPGA时序分析之关键路径(Critical Path)【华为静态时序分析资料】【笔试面试】

FPGA中亚稳态【Tsu建立时间】【Th保持时间】【Tmet决断时间】【recovery恢复时间】【removal移除时间】

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