最大限度地提高缓冲器性能修复保持时间违例

1、最大限度地提高缓冲器性能，修复保持时间违例 当前（片上系统）设计的一大趋势是，变得越来越错综复杂，要满足全部设计要求变得越来越难以实现。噪声成为低端技术节点中的突出问题。当前soc需要做到高抗扰度、实现低功耗设计并缩小芯片尺寸。虽然目前无法满足全部这些需求，但设计人员可以确保在不影响其它规格的状况下尽量满足全部这些需求。在压缩技术中，任何soc设计都能在多模多角状况下运行。因此满足全部角点的建立时光和保持时光是一个严重的挑战。在设计上，保持时光违例关闭涉及non-si hold关闭（因为时钟偏移）和si hold关闭（因为时钟和数据噪声）。削减现有规律缓冲器数或在路径中放置更多的保持时光缓冲器

2、（主要为低驱动缓冲器），可以完成non-si hold修复；而添加更多缓冲器，可以完成si-hold修复。因为延时与驱动强度成反比，因此挑选低驱动强度的单元，才会修复保持时光违例。这些缓冲器是驱动强度能力较低的常规缓冲单元。它们也有其自身的局限性，即更易产生噪声。假如有巨大的时序违例，则采纳一连串的缓冲器，这样局部密度会变高。表1. si和non-si保持时光违例修复之比较图字：no. of paths：路径数不同元件产生的噪声占比：1) 20-25%来自时钟噪声2) 50-55%来自规律数据路径3) 15-20%来自设计中添加的保持时光缓冲器由于存在这些缺点，我们才考虑采纳一个新的缓冲架构，

3、它能够满足保持时序，而不会对面积产生任何影响，同时具有高抗扰性。级公比（stage ratio）是设计缓冲器的打算因素。在任何缓冲器的传统设计办法中，级公比都大于1，也就是说，任何输出级的晶体管大小（蔓延宽度w）都大于其输入级的，因而每个后续级的驱动能力超过其前一级，这样可确保任何缓冲单元有最小的延时。传统缓冲单元设计办法基本上，标准缓冲单元中每个都是多级结构。这意味着可以实现具有不同驱动强度的组合/时序单元，办法是通过该组合/时序元件的特定规律，再加一连串缓冲器（每一级都有一个公比）。1所示，向输出级逼近时，晶体管的大小会逐级增强，从而确保每一级都可增加信号强度。采纳这种配置，每一级都可实现

4、良好的过渡，从而获得最佳延迟。而采纳推举办法，则朝相反方向移动时，延迟越大。但在我们推举的设计中，我们将这一基本思路调转过来了，使级公比低于1，由于我们的目标是修复保持时光违例。这样做后，我们增强了缓冲单元延时，也提高了抗噪声能力。图1. 传统缓冲单元设计图字：signal slew is improving：信号转换不断充实；input：输入端；output：输出端；minimum capacitance seen at the input as mos sizes are less：因为mos尺寸变小，输入端可见最小；mos sizes are increasing in the subs

5、equent stages：mos尺寸在随后的级别中不断增长；large driver so as to provide less delays：较大驱动器，可提供较少延时图2. 现有办法和推举办法图示图字：prior art：现有办法；input：输入端；output：输出端；circuit sizing, where output to input capacitance is 1 电路尺寸，输出与输入电容比1；proposed art：推举办法；input：输入端；output：输出端；circuit sizing, where output to input capacitance i

6、s 1；电路尺寸，输出与输入电容比1设计此缓冲单元期间，我们确保不影响其面积和功耗。因为推举的缓冲单元有更高的延时，且对其面积没有任何影响，因而可以解决局部拥塞问题。设计这种新架构的缓冲单元时，面积与传统缓冲单元的相同，但提供更多的延时。 囫囵设计是以修复保持时光违例为考虑重点的，能够以更少的新架构缓冲器实现相同的时序要求。所以，与采纳传统缓冲器的设计相比，拥塞会更少。设计结果我们选择一个设计，分离采纳下列方式举行保持时光违例修复：1) run1：仅采纳旧缓冲器。2) run2：采纳新旧缓冲器（允许在任何设计中，推举的保持时光缓冲器通过工具与库中现有的全部其它缓冲单元协作用法）。表2. 旧缓冲

7、器与推举缓冲器之比较设计中会有一些很小的保持时光违例，只能采纳旧缓冲器才干修复，这是由于与推举缓冲器相比，它提供的延时更少。例如，假如要修复10ps保持时光违例，用法推举缓冲器会比旧缓冲器产生更多的延时。表3. 设计结果分析因为节约了20%的保持时光缓冲器，此设计的功耗和动态功率会整体下降。保持时光违例修复的走线开销由此降低了，局部拥塞问题也削减了。因为削减了所用的缓冲器数目，因而面积也省下来了。采纳推举缓冲器，可保持时序干净。旧缓冲器与推举缓冲器的噪声性能。采纳上一张幻灯片的run1和run2中的值。图3. 旧缓冲器和推举缓冲器的抗噪声能力分析图字：delay noise：延时噪声；the

8、noise performance of the proposed buffer is much better than the original buffer：推举缓冲器的噪声性能比本来的缓冲器好无数；series 1: old buffer：系列1：现有缓冲器；series 2: proposed buffer：系列2：推举缓冲器图3中x轴表示带有噪声的违例路径的数量，y轴表示噪声幅度。因此，该表显示，与系列2（新缓冲器）比较，系列1（旧缓冲器）有更高的噪声幅度和更多的路径。我们得出公正公平的结论：与旧缓冲器比较，采纳推举缓冲器，抗噪声能力会更好。结论基于上述分析，推举缓冲器比现有缓冲单元

9、更能有效地修复保持时光违例，具备高抗噪声能力，可节约面积、功耗和走线。普通来说，以最佳延时或低功耗结构为思路可以设计出标准缓冲单元电路。以前没有人在保持时光优化电路的背景下思量保持时光违例修复，由于速度，即高性能是需求，所以才会有糟糕的设计，通常，设计人员会以追求高性能为目标。 全部设计都可以采纳推举工艺架构。 以保持时光为重点考虑要素的设计或拥塞设计会从这个电路中获益颇丰，此外，还可以缩短任何soc的周期。参考文件1 jan m. rabaey, ananthachandrakasan, and borivojenikolic, digital integrated circuits - a d