清华大学研究生数字大规模集成电路课件

第9章（课件）时钟技术（2）2004年12月22日自定时系统
同步设计方法的优点：
（1）用一种确定的结构化的步骤安排数字系统中发生的事件 （使所有操作的延时相等，即等于最慢的一个）。 （2）这一步骤（Clocking ）易于采用，有效可靠： 时钟的作用： 1. 保证了实际的（物理的）时序约束条件被满足，解决 了逻辑门延时和连线延时不协调的问题。下一个时钟 周期只有在所有的过渡都已完成，系统已变为稳态 的时候才能开始，这就保证了只有合法的逻辑值才能应 用在下一个时钟周期。 2. 时钟对整个系统的事件进行逻辑排序 （Logical Ordering），它决定了将发生什么事件以及在 何时发生。时钟切换时，就会开始许多新的操作并改变 这一时序网络的状态。
2004-12-22
清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 9 章（2）第 1 页

同步设计方法的缺点：
（1）由于存在时钟Skew，实际上并不是所有事件同时发生。 （2）把实际的约束和逻辑的约束合在一起会明显影响性能。 在同步的流水线系统中，数据的通过率是由在流水线中 最慢的元件在最坏情况下的延时决定的，每一流水级的 平均延时将小于这个最慢的延时，因此采用同步技术将 因这个最慢的延时而不得不使放慢系统的数据通过率。

In

R1 D Q tpd,reg

Logic Block #1 tpd1

R2 D Q

Logic Block #2 tpd2

R3 D Q

Logic Block #3 tpd3

R4 D Q

CLK

2004-12-22

清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德

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异步系统：
消除了所有的时钟，避免了因时钟带来的这些问题。但设计 一个正确工作的异步电路并不容易。为保证异步电路在任何 操作条件下和任何输入序列下都能避免所有潜在的竞争，需 要对时序进行彻底仔细的分析，因为此时的时间