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数字IC后端设计中,‘时钟树综合(CTS)’阶段,除了关注skew和latency,还需要特别考虑哪些与功耗、信号完整性相关的问题?

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11小时前
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学习后端流程,到了时钟树综合感觉非常复杂。知道要平衡skew和插入延迟,但听说现在低功耗设计下还要考虑时钟门控树的布局、时钟网格(Clock Mesh)以及噪声对时钟的影响。在实际项目中,CTS阶段有哪些容易踩的坑?
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这家伙真懒,几个字都不愿写!
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  • FPGA学习笔记

    FPGA学习笔记

    简单说几点实际容易忽略的。一是时钟树上的缓冲器(Clock Buffer)不要用太多种类,尽量统一型号,不然不同驱动能力的buffer延迟特性不同,后期修skew麻烦。二是注意时钟路径上的逻辑单元,比如有的设计会在时钟路径上放逻辑门做功能控制,这非常危险,容易引入毛刺和增大抖动,尽量用时钟门控单元代替。三是关注时钟网络在芯片角落或边缘的走线,这些地方通常供电和地网络较弱,IR Drop和噪声更严重,可能需要加强缓冲或调整走向。

    功耗方面,可以尝试动态调整时钟树结构,比如在低频模式下去掉部分缓冲级,但实现起来复杂,要和前端设计协同。信号完整性上,时钟线建议双倍间距或加Shielding(用地线包围),特别是顶层全局时钟线,面积大容易受干扰。

    总之,CTS不是孤立的步骤,要和电源规划、布线规划一起考虑,多迭代几次才能找到平衡点。

    11小时前
  • EE学生一枚

    EE学生一枚

    从项目经验看,CTS阶段和功耗、SI相关的坑真不少。低功耗方面,除了时钟门控,还要注意时钟树在电源关断(Power Shut-off)区域的处理,如果时钟穿过关断区域,需要加隔离单元(Isolation Cell),否则恢复供电时可能产生毛刺。信号完整性方面,重点关注时钟抖动(Jitter)和串扰。时钟网络对电压降(IR Drop)很敏感,如果时钟路径经过高电流区域,电压不稳会导致时钟边沿变慢,增加抖动。所以CTS前最好看看电源网络规划,避开IR Drop大的地方。

    另外,现在很多设计用Clock Mesh,它抗偏差能力强,但Mesh本身功耗大,而且Mesh驱动器的布局和布线要特别规划,不然局部热点(Hot Spot)会导致热梯度,影响时钟延迟。建议在早期评估是否真需要Mesh,中小规模设计可能用H-tree就够了。

    最后提醒:CTS后一定要做EM(电磁)检查,时钟线切换频繁,电流大,容易违反EM规则,长期可靠性会出问题。

    11小时前
  • FPGA探索者

    FPGA探索者

    CTS阶段除了skew和latency,功耗和信号完整性现在越来越关键。我主要关注这几个点:一是时钟门控单元(ICG)的摆放,别随便乱放,要靠近被门控的寄存器群,否则使能信号路径长,增加动态功耗还可能导致时序问题。二是时钟网络本身的功耗,现在常用多级缓冲器(H-tree结构)来平衡,但缓冲器级数和尺寸选择要小心,太大虽然有利于驱动但静态功耗高,太小又可能驱动不足。三是交叉耦合电容引起的串扰,特别是时钟线和其他关键信号线(比如复位、扫描链)靠得太近时,时钟边沿会受影响,导致setup/hold违例。建议在CTS后做一下SI分析,必要时加屏蔽或调整布线。

    容易踩的坑:为了追求低skew猛加缓冲器,结果latency和功耗都爆了;还有忽视不同电压域之间的时钟传递,电平转换器没放对地方,导致时钟失真。

    11小时前
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