原创 [博客大赛] 1.8节 逻辑电路灵魂--时序

看到标题了？时序（Timing）可以堪称现代电子回路设计的灵魂。在继续看这一节的时候，一定把之前的静态组合回路弄得了如指掌！过了上一关，才能进入这一关哦~~

何为时序？之前也说过一点，说白了就是世界上没有两个钟走时是一样准的道理一样的。这里就是由于MOS的制造工艺，电特性（阻容特性）乃至现代14nm级别的内部量子效应导致每个MOS管对应于输入和产生的输出之间有一定的时间差，并且和没有两块完全一样的MOS原理一样（没人能破这个，因为量子波函数支配这个世界，除非你能把量子力学推翻。。。），每块MOS间的传达时间的细小的差别（在1ps--picosec级别相当于10^(-12)秒 到 纳秒 级别）会在极高开关切换频率时产生极大的误差（过几节就能看到量的分析~）。大家有的时候看厂家的图纸一定有时序，有的时候一看一头雾水，那么看过这几节后，一定会了如指掌。

那么我们在设计的时候遇到了这种问题，怎么办。这就是大名鼎鼎的 时序分析 的数学工具了。。。又是数学 是的!一次学会，一生难忘！接下来我直接引进几个定义（开始如果一头雾水，没事继续看下去），以一个缓存--非“非”门 

作为例子：

1.上升沿/下降沿：

这里当输入A从0变为1时，输出Y在经过一段延迟（delay）之后也从0到1，我们定义从0（Low）到1（High）就是上升沿（raising edge），反之，。。。（自己想）叫做下降沿（falling edge）。注意我们我们测量延迟的起始时间，看图中的时间轴（Time），A是在变为1/2的时间点开始测量，直到Y变为1/2的时间点位置，这段时间被定义为延迟。（1/2其实根源很深，个人觉得是和模拟电路中3dB点有关，顺便一提，这一类的图都在描述电路的所谓 瞬态响应--transient response）

2.Tpd （传播延迟）：当输入发生变化时，得到稳定输出的 最大 延迟时间（propagation delay）

3.Tcd （污染延迟）： 当输入发生变化时，到刚刚影响输出的 最小 延迟时间（contamination delay）

见下图例：

。图中比如说输入A，有上下2根线，分别代表A从0到1变化和从1到0变化的两种情况，当然大部分情况下都是对称的，所以我们只看一根就行。这里两种延迟的测量方法和上面一样。蓝色箭头就是Tpd，灰色就是Tcd。注意Y中间那一段类似于震荡的形状表示在那段时间内，Y处于不稳定状态。

Tcd和Tpd一般受物理影响，比如温度，多输出的非等时性，制造工艺等等。所以这个在厂家的手册会有记载的。

3.Critical Path（关键路径）：从输入到输出经过逻辑门最多的线路。Short Path：从输入到输出经过逻辑门最少的线路。

这里2，3除了物理影响之外，由于我们本身就是在设计硬件，所以我们当然受2，3的限制。我们先看一下例子然后解释：

例：现在有如下组合逻辑回路：

，由定义给出Critical Path（下图蓝线）

。这时再看定义2，可知整个电路中Tpd相当于 关键路径 中 每个逻辑门的Tpd的叠加。 而下图则是Short Path：

所以整个电路中Tcd相当于 最短路径 中 每个逻辑门的Tcd的叠加。

好了讲到这里，我们进入动手时间~。

在上个例子中，假设根据特性手册所有的逻辑门都有Tcd= 60ps，Tpd = 100ps，求整个电路的Tcd和Tpd。。。。加法小学生都会~