静态时序分析
Static Timing Analysis（STA）也称 时序分析
在时序图上穷举受约束路径的最早与最晚到达时间，检查建立、保持及接口时序。
速览
约 1 分钟STA不需要枚举功能输入向量，而是把寄存器、组合单元、连线和时钟建成有向图，在指定模式与工艺角下传播延迟。
系统理解
约 2 分钟静态时序分析从时钟、输入输出延迟、单元库和寄生参数建立到达时间与要求时间。最大延迟检查决定建立裕量和最高工作频率，最小延迟检查决定保持风险；时钟偏斜、抖动、转换时间、PVT变化和路径例外都会改变结论。STA只能分析已建模且已约束的路径，不能证明逻辑功能正确，也不能替代跨时钟域协议验证。
承接综合与寄存器时序模型，并反馈布局布线和CTS持续收敛。
公式提示
建立检查可写为Tclk≥tcq,max+tcomb,max+tsu+Tuncertainty−Tskew；保持检查使用最小延迟，不能靠增大时钟周期修复。
关键参数
| 参数 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|
| 建立裕量 | s | 最晚要求到达时间减去数据最晚到达时间 |
| 保持裕量 | s | 数据最早到达时间减去最早允许到达时间 |
| 时钟不确定度 | s | 抖动、建模余量及未分解变化的约束预算 |
| 分析角 | — | 工艺、电压、温度、寄生与工作模式的组合 |
常见误区
- 认为正建立裕量就代表保持时间也安全
- 把未约束路径当成已经通过的路径
- 用假路径或多周期例外直接消除难修的违例
- 认为STA能够发现功能错误或验证异步握手协议
工程深入
12 条结论 · 1 道例题时序图、弧与分析对象
建立、保持与时钟关系
建立检查限制最长数据路径
数据必须在捕获边沿的建立窗口之前稳定；最大时钟到Q、最大组合延迟、建立时间和时钟不确定性共同决定最小时钟周期。12
Tclk >= tcq,max + tcomb,max + tsu + Tuncertainty - Tskew
- Tclk
- 发射与捕获有效边沿之间的周期预算，单位 s
- tcq,max
- 寄存器最大时钟到Q延迟，单位 s
- tcomb,max
- 组合逻辑与互连最大延迟，单位 s
- tsu
- 捕获寄存器建立时间，单位 s
- Tuncertainty
- 建立检查使用的时钟不确定度，单位 s
- Tskew
- 捕获时钟相对发射时钟的到达差，单位 s
成立条件 同一发射—捕获时钟关系；公式中的偏斜符号按捕获时钟相对发射时钟定义
例题：动手算一次教学假设，可复算
同步路径tcq,max=0.08 ns、tcomb,max=0.72 ns、tsu=0.10 ns、不确定度0.06 ns，捕获时钟比发射时钟晚0.04 ns；最小时钟周期和1.00 ns目标下的建立裕量是多少？
已知
- tcq,max=0.08 ns
- tcomb,max=0.72 ns
- tsu=0.10 ns
- Tuncertainty=0.06 ns
- Tskew=+0.04 ns表示捕获时钟较晚
步骤
- Tclk,min=0.08+0.72+0.10+0.06−0.04=0.92 ns，按本页符号约定，正的捕获晚到偏斜增加建立预算
- fmax≈1/0.92 ns=1.09 GHz，仅把该单一路径的最小周期换算为频率上限量级
- Slacksetup=1.00−0.92=+0.08 ns，在1.00 ns目标周期下仍有80 ps建立余量
结果 最小时钟周期约0.92 ns，对应约1.09 GHz；1.00 ns目标下建立裕量为+0.08 ns。
偏斜符号会直接改变结论，同一正偏斜虽有利于该建立检查，却可能伤害保持检查。
不能外推到 该例不替代多角多模式STA；抖动、OCV、串扰、路径例外、时钟波形和保持约束必须独立核验。
约束、角与收敛判据
STA能够与不能解释什么
出处
2 本教材 · 3 处引用- 1
CMOS超大规模集成电路设计（第4版）
- 第 10 章 §§10.1–10.9，第 319–360， 页 支持：STA在时序图上分析路径而非功能向量；起点与终点界定一条时序检查；单元延迟和连线延迟共同形成到达时间；建立检查限制最长数据路径；保持检查限制最短数据路径；同一偏斜会相反地影响建立与保持；裕量是要求时间与到达时间之差；时钟和接口约束定义分析问题；路径例外必须由功能行为证明；多模式多角分析覆盖不同快慢边界；时序收敛是约束、网表和物理实现的迭代；STA不证明功能正确或跨域协议安全
- 2
数字集成电路：电路、系统与设计（第2版）
- 第 10 章 §§10.1–10.8，第 359–404 页 支持：STA在时序图上分析路径而非功能向量；起点与终点界定一条时序检查；单元延迟和连线延迟共同形成到达时间；建立检查限制最长数据路径；保持检查限制最短数据路径；同一偏斜会相反地影响建立与保持；裕量是要求时间与到达时间之差；时钟和接口约束定义分析问题；路径例外必须由功能行为证明；多模式多角分析覆盖不同快慢边界；时序收敛是约束、网表和物理实现的迭代；STA不证明功能正确或跨域协议安全
- 第 5 章 §5.5，第 359–404 页 用于本页概述