EDA技术及应用教程 教学课件 作者 赵全利第8章 常见EDA设计中的工程问题.ppt

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1、第八章常见EDA设计中的工程问题第8章常见EDA设计中的工程问题在EDA设计中将会有许多实际工程问题需要考虑，主要有：触发器的建立时间和保持时间；局部组合逻辑竞争和冒险；EDA设计中的同步电路、时钟问题；面积与速度之间的关系；低功耗设计原则；数字系统设计中的可编程器件的选择方案等。1建立时间和保持时间1）建立时间（setuptime）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器。2）保持时间（holdtime）是指在触发器的时钟信号上升沿到

2、来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。2竞争和冒险(1)毛刺的产生：由于CPLD内部通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时；信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。故在信号变化的瞬间，往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为“毛刺”。如果一个组合逻辑电路中有“毛刺”出现，就说明该电路存在“冒险”，就有可能出现错误的逻辑运算结果。(2)毛刺消除:消除毛刺信号是FPGA设计中的一个重要问题。毛刺问题在电路连线上是找不出原因的，只能从逻辑设计上采取措施加以解决。消除毛刺的一般方

3、法有以下几种：1）利用冗余项消除毛刺;2）采样法在输出信号的保持时间内，用一定宽度的高电平脉冲与输出信号做逻辑“与”运算，由此获取输出信号的电平值。如下图：用逻辑“与”采样法采样法仿真波形图采样脉冲毛刺信号去除毛刺后的输出信号3）滤波法增加输出滤波，在输出端接上小电容C可以滤除毛刺。输入信号组合逻辑AAA’A’RCtt毛刺所谓同步电路，是指时序电路共享同一个时钟CLK，所有操作都是在严格的时钟控制下完成的。而所有的状态变化都发生在时钟的上升沿(或下降沿)。一般利用同步电路来产生清除和置位信号。在用硬件描述语言的

4、设计中可以用如下的方式来描述：同步清零源程序代码如下：processbeginwaituntilclk’eventandclk='1';ifrst='1'thencount<=(others=>'0');elsecount<=count+1;endif;endprocess;3EDA设计中的同步电路4时钟问题在设计PLD时通常采用几种时钟类型。时钟可分为如下四种类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟。PLD/FPGA都具有专门的全局时钟引脚，它直接连到器件中的每一个寄存器。这种全局时钟提供器件中最短的时钟到输出

5、的延时。PLD/FPGA都具有专门的全局时钟引脚，它直接连到器件中的每一个寄存器。这种全局时钟提供器件中最短的时钟到输出的延时。应尽量在设计项目中采用全局时钟。5面积与速度之间的关系“面积”指的是一个设计消耗CPLD/FPGA的逻辑资源的数量。“速度”指设计在芯片上稳定运行，所能够达到的最高频率，由设计的时序状况决定。面积（area）和速度（speed）这两个指标贯穿着CPLD/FPGA设计的始终，是设计质量的评价的终极标准。设计目标：在满足设计时序要求（包含对设计频率的要求）的前提下，占用最小的芯片面积；或者

6、在所规定的面积下，使设计时序频率更高。6低功耗设计原则1）可编程芯片的功耗包括静态功耗和动态功耗两部分。静态功耗：主要是可编程芯片在非激活状态下由漏电流引起的。动态功耗：主要是由于可编程芯片在激活状态下由芯片内部节点或输入、输出引脚上的电平转换引起的。2）可编程器件的功耗主要由以下因素决定：芯片的供电电压、器件的结构、资源的利用率（互连线、逻辑单元和I/O单元使用的数量）、时钟频率、信号翻转速率、输出引脚的数量以及输出驱动负载的大小等。3）集成设计中功耗优化基本可以概括为两种思路：一种是降低电源电压。另一种是利

7、用数字集成电路常用的低功耗设计原理，在电路设计过程中，通过减小节点的电平转换次数和节点的负载电容之积，即减少节点的有效转换电容来达到减小功耗的目的。例如：在行为级设计上选择合适的算法（优化操作和编码）；在结构级上选择合适的结构和划分（优化结构）；在门级上选择合适的逻辑结构（优化逻辑）；。允许时输入/输出引脚尽可能避免接上拉或下拉电阻（优化I/O）。6低功耗设计原则7可编程器件的选择原则1)从系统设计角度的目标器件选择原则:主流芯片原则:器件的价格往往并不是完全和器件的容量、速度成比例关系，而是和该器件是否是目前

8、的主流推广器件有关。多片系统原则:如果系统的局部适用于CPLD，另一局部适用于FPGA，则完全可采用多器件的复合系统结构，既有利于降低成本，又能加快设计进程。一般情况下：利用FPGA芯片资源丰富的特点，完成各种算法、运算、控制、时序逻辑等功能，提高集成度；利用CPLD芯片速度快、保密性好的特点，完成快速译码、控制、加密等逻辑功能。7可编程器件的选择原则2）从器件资源角度的目标器件选择原