FPGA重要设计思想及工程应用之时序及同步设计
FPGA时序分析
FPGA时序分析FPGA (Field-Programmable Gate Array) 是一种可编程逻辑门阵列芯片，它通过配置在其内部的逻辑门和可编程连线实现不同的逻辑功能。
FPGA 在数字电路设计中广泛应用，其灵活性和可重构性使其成为快速原型设计和现场配置电路的理想选择。
然而，FPGA设计和时序分析是一个复杂的过程。
时序分析是验证设计电路的正确性以及保证其能够在时钟信号的驱动下按照预期的时间顺序工作的过程。
下面将重点介绍FPGA时序分析的基本原理和关键概念。
在FPGA设计中，时序分析主要关注以下几个方面：时钟，时钟延迟，组合逻辑路径和寄存器。
1.时钟：时钟信号在FPGA设计中起到重要作用，它用于同步各个电路模块的操作。
时钟的频率和占空比对电路实现的性能和功耗都有很大的影响。
2.时钟延迟：时钟信号在从原始源头传达到特定电路元件的过程中会有一定的延迟。
这个延迟可以由时钟发生器的性能以及时钟信号在FPGA中传输的路径和电路元件的特性决定。
3.组合逻辑路径：组合逻辑路径是指信号从输入到输出经过的一系列逻辑门的路径。
每个逻辑门都会引入一定的延迟，而组合逻辑路径的时序分析主要关注延迟和信号传播的时间约束。
4.寄存器：FPGA中的寄存器用于存储电路的中间结果或暂存数据，它们可以在时钟上升沿或下降沿触发。
寄存器的时序分析包括确定数据到达寄存器的时间以及寄存器中数据对输出的影响。
时序分析主要用于验证和优化FPGA电路设计。
通过分析时钟频率、时钟延迟和电路路径延迟，可以确定电路是否满足设计规范和时间约束。
时序分析还可以帮助设计人员优化电路以达到更好的性能，如降低时钟频率、优化组合逻辑路径、调整寄存器设置等。
在进行 FPGA 时序分析时，通常使用的工具是时序分析器。
时序分析器是一种软件工具，可以输入 FPGA 设计的网络描述、时钟频率、时钟源等信息，利用相关算法和模型计算出电路的时序性能。
常见的时序分析器包括 Xilinx 的 Vivado 和 Altera 的 Quartus。
关于FPGA时序以及时序收敛的基本概念详解
关于FPGA时序以及时序收敛的基本概念详解1. FPGA时序的基本概念FPGA器件的需求取决于系统和上下游（upstream and downstrem）设备。
我们的设计需要和其他的devices进行数据的交互，其他的devices 可能是FPGA外部的芯片，可能是FPGA内部的硬核。
对于FPGA design来说，必须要关注在指定要求下，它能否正常工作。
这个正常工作包括同步时序电路的工作频率，以及输入输出设备的时序要求。
在FPGA design内部，都是同步时序电路，各处的延时等都能够估计出来，但是FPGA内部并不知道外部的设备的时序关系。
所以，TIming constraints包括输入路径（Input paths ）寄存器-寄存器路径（Register-to-register paths ）输出路径（Output paths ）例外（Path specific excepTIons ）这正好对应了上图中三个部分，Path specific excepTIons 暂时不提。
Input paths对应的是OFFSET IN约束，即输入数据和时钟之间的相位关系。
针对不同的数据输入方式（系统同步和源同步，SDR和DDR）有不同的分析结果。
Register-to-register paths 对应的是整个FPGA design的工作时钟。
如果只有一个时钟，那么只需要指定输入的频率即可。
如果有多个时钟，这些时钟是通过DCM，MMCM，PLL 生成的，那么显然ISE知道这些时钟之间的频率、相位关系，所以也不需要我们指定。
如果这些不同的时钟是通过不同的引脚输入的，ISE不知道其相位关系，所以指定其中一个为主时钟，需要指定其间的相位关系。
Output paths对应的是OFFSET OUT 约束，和OFFSET IN约束很类似，不过方向相反。
2.输入时序约束The input TIming constraints cover the data path from the external pin or pad of the package of the FPGA device to the internal synchronous element or register that captures that data.输入时序约束控制外部引脚到内部模块的路径。
FPGA时序优化方法
FPGA时序优化方法FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。
在FPGA设计中，时序优化是提高电路性能和可靠性的重要步骤之一、时序优化旨在减少电路中的时序违例（timing violations），以确保电路能够按照预期的时序要求正常工作。
以下是几种常用的FPGA时序优化方法：1. 约束优化（Constraint Optimization）：约束是FPGA设计的重要部分，用于定义电路的时序约束和限制。
优化约束可以帮助FPGA工具准确地分析和优化电路时序。
在优化约束时，可以考虑以下几个方面：时钟约束、延迟约束、时序路径约束等。
2. 时钟优化（Clock Optimization）：时钟是FPGA设计中的关键因素之一、时钟优化可以帮助提高电路的最大工作频率。
时钟优化的一些常见方法包括时钟缓冲器的优化、时钟树的优化、时钟路径的缩短等。
此外，使用时钟插入技术（Clock Insertion）可以帮助减少时序违例。
4. 时序分析与检查（Timing Analysis and Verification）：时序分析是确保电路满足时序要求的关键步骤。
通过使用时序分析工具，可以检查电路中是否存在时序违例，并找出引起时序违例的原因。
时序分析的一些常见工具包括时序模拟器、时序分析器、时序约束检查工具等。
5. 管脚布局和时序拓扑规划（Pin Placement and Timing Topology Planning）：管脚布局和时序拓扑规划是FPGA设计中的关键步骤。
正确的管脚布局和时序拓扑规划可以减少时序路径长度、避免信号交叉干扰等问题。
在进行管脚布局和时序拓扑规划时，可以考虑时钟信号的分布、信号路径的长度等因素。
6. 空间优化（Space Optimization）：空间优化是指在有限的FPGA资源上实现尽可能多的功能。
通过合理的资源分配和优化，可以减少电路的面积并提高性能。
fpga逻辑设计方案报告
fpga逻辑设计方案报告FPGA逻辑设计方案报告一、引言FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可编程数字逻辑器件，具有灵活性和可重构性。
FPGA的设计涉及到逻辑电路设计、时序设计和综合优化等方面。
本报告旨在介绍FPGA逻辑设计方案的基本原理和方法。
二、FPGA逻辑设计基础1. FPGA架构：FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、输入输出模块（IOB）和可编程互连资源（Interconnect）构成。
CLB是FPGA 中最基本的逻辑单元，包含查找表（LUT）、寄存器和多路选择器等。
IOB用于与外部设备进行数据交换。
Interconnect用于连接CLB和IOB，实现不同逻辑单元之间的互连。
2. FPGA编程语言：常见的FPGA编程语言包括VHDL和Verilog。
这些语言提供了描述数字逻辑电路的方式，可以通过编写代码来实现逻辑功能。
三、FPGA逻辑设计流程1. 需求分析：明确设计的功能和性能要求，确定逻辑电路的输入输出接口。
2. 模块划分：将整个设计任务划分为多个模块，每个模块负责实现一个特定的功能。
3. 逻辑设计：使用FPGA编程语言编写每个模块的逻辑电路描述。
在描述中使用逻辑门、寄存器、多路选择器等基本元件，通过组合和时序逻辑的方式实现所需功能。
4. 综合优化：对逻辑电路进行综合，将高级语言描述转化为逻辑门级的电路描述。
综合优化包括逻辑优化、时序优化和面积优化等。
5. 时序设计：对逻辑电路进行时序约束的设置，确保信号的传输满足时序要求。
时序设计包括时钟频率、时钟分频、时钟延迟等方面的考虑。
6. 布局布线：将逻辑电路映射到FPGA的物理资源上。
布局布线包括逻辑单元的位置分配和信号线的路径规划。
7. 静态时序分析：对布局布线后的电路进行时序分析，检查是否满足时序要求。
8. 配置生成：将逻辑电路的配置位流生成，用于配置FPGA芯片。
9. 下载与验证：将配置位流下载到FPGA芯片中，通过验证测试确保设计满足功能和性能要求。
FPGA设计的八个重要知识点,你都会吗
FPGA设计的八个重要知识点，你都会吗1. 面积与速度的平衡与互换这里的面积指一个设计消耗/的规律资源的数量，对于FPGA可以用消耗的FF（触发器）和LUT（查找表）来衡量，更普通的衡量方式可以用设计所占的等价规律门数。
面积和速度这两个指标贯通FPGA/CPLD设计的时钟，是设计质量的评价的终极标准——面积和速度是一对对立统一的冲突体。
要求一个同时具备设计面积最小、运行频率最高是不现实的。
更科学的设计目标应当是在满足设计时序要求（包括对设计频率的要求）的前提下，占用最小的芯片面积。
或者在所规定的面积下，是设计的时序余量更大、频率跑的更高。
这两种目标充分体现了面积和速度的平衡的思想。
作为冲突的两个组成部分，面积和速度的地位是不一样的。
相比之下，满足时序、工作频率的要求更重要一些，当两者矛盾时，采纳速度优先的准则。
从理论上讲，假如一个设计时序余量较大，所能跑的速度远远高于设计要求，那么就通过功能模块的复用来削减囫囵设计消耗的芯片面积，这就是用速度的优势换取面积的节省。
反之，假如一个设计的时序要求很高，一般办法达不到设计频率，那么普通可以通过将数据流串并转换，并行复制多个操作模块，对囫囵设计实行乒乓操作和串并转换的思想运行。
2. 硬件原则硬件原则主要针对HDL代码编写而言：是采纳了C语言形式的硬件的抽象，它的本质作用在于描述硬件，它的终于实现结果是芯片内部的实际。
所以评判一段HDL代码的优劣的终于标准是：其描述并实现的硬件电路的性能，包括面积和速度两个方面。
评价一个设计的代码水平较高，仅仅是说这个设计是由硬件想HDL代码这种表现形式的转换越发流畅、合理。
而一个设计终于性能，在更大程度上取决于设计工程师所构想的硬件实现计划的效率以及合理性。
（HDL代码仅仅是硬件设计的表达形式之一）初学者片面追求代码的干净、简短，是错误的，是与HDL的标准南辕北辙的。
正确的编码办法，首先要做到对所需实现的硬件电路心中有数，对该部分的硬件的结构和衔接非常清楚，然后再用适当的HDL语句表达出来即可。
FPGA时序约束、时序分析
FPGA设计之——时序设计FPGA设计一个很重要的设计是时序设计，而时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立(Setup)/保持(Hold)时间的要求。
建立时间(Setup Time)：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；保持时间(Hold Time)：是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，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。
FPGA设计分为异步电路设计和同步电路设计，然而很多异步电路设计都可以转化为同步电路设计，在设计时尽量采用同步电路进行设计。
对于同步电路可以转化的逻辑必须转化，不能转化的逻辑，应将异步的部分减到最小，而其前后级仍然应该采用同步设计。
为了让同步电路可靠地运行，就要对时钟偏差进行控制，以使时钟偏差减小到可用的范围。
影响时钟偏差的主要有以下几个因素：o用于连接时钟树的连线o钟树的拓扑结构o时钟的驱动o时钟线的负载o时钟的上升及下降时间在通常的FPGA设计中对时钟偏差的控制主要有以下几种方法：o控制时钟信号尽量走可编程器件的的全局时钟网络。
在可编程器件中一般都有专门的时钟驱动器及全局时钟网络，不同种类、型号的可编程器件，它们中的全局时钟网络数量不同，因此要根据不同的设计需要选择含有合适数量全局时钟网络的可编程器件。
一般来说，走全局时钟网络的时钟信号到各使用端的延时小，时钟偏差很小，基本可以忽略不计。
o若设计中时钟信号数量很多，无法让所有的信号都走全局时钟网络，那么可以通过在设计中加约束的方法，控制不能走全局时钟网络的时钟信号的时钟偏差。
o异步接口时序裕度要足够大。
局部同步电路之间接口都可以看成是异步接口，比较典型的是设计中的高低频电路接口、I/O接口，那么接口电路中后一级触发器的建立-保持时间要满足要求，时序裕度要足够大。
o在系统时钟大于30MHz时，设计难度有所加大，建议采用流水线等设计方法。
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
一、设计任务
分别设计并实现锁存器、触发器的VHDL模型。
二、设计过程
1、同步锁存器：
同步锁存器是指复位和加载功能全部与时钟同步，复位端的优先级较高。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
2、异步锁存器：
异步锁存器，是指复位与时钟不同步的锁存器。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
3、D触发器：
D触发器是最常用的触发器。
下图为简单D触发器的VHDL 模型：
4、T触发器：
T触发器的特点是在时钟沿处输出信号发生翻转。
按
照有无复位、置位信号以及使能信号等，T触发器也有多种类型。
下图为带异步复位T触发器的VHDL模型：
5、JK触发器：
JK触发器中，J、K信号分别扮演置位、复位信号的角色。
为了更清晰的表示出JK触发器的工作过程，以下给出JK触发器的真值表（如表1所示）。
表1 JK触发器真值表
按照有无复位、置位信号，常见的JK触发器也有多种类型，下图带异步复位（clr）、置位（prn）的JK触发器的VHDL模型：
三．总结
本次实验中较为顺利，在第一次课的时间内我就已经完成了必做实验与选作实验。
在实验的过程中，在防抖电路处有了较大的困难。
由于仿真中不存在此问题，在实际操作中参数选择时遇到了一定的困难。
在反复比对效果之后，我
确定了电路的参数，实现了防抖功能。
通过这次实验，我对时钟脉冲、计数器等有了更加深入的认识与理解。
FPGA时序优化方法
FPGA时序优化方法下面是几种常见的FPGA时序优化方法：1.约束优化：约束是指对电路时序和布局的设计要求。
通过正确地设置约束，可以促使FPGA布局工具在布局时考虑到电路的时序需求。
约束优化包括设置正确的时钟频率、引脚延迟、最小路径延迟等。
2.时钟优化：在FPGA设计中，时钟是非常重要的元件，也是时序优化的关键。
对时钟进行优化可以改善电路的时序性能。
时钟优化包括降低时钟频率、减少时钟路径长度、优化时钟布线和时钟分配等。
3.逻辑优化：逻辑优化是指通过优化电路的逻辑结构来改善时序性能。
逻辑优化可以包括逻辑分解、逻辑合并、信号复用、逻辑约简等。
通过逻辑优化可以减少电路的延迟和面积。
4.流水线优化：流水线是一种常见的时序优化技术，可以将复杂的计算过程分解为多个互相依赖的阶段，以提高电路的并行性和时序性能。
通过合理地设置流水线阶段的数量和互连方式，可以使电路的运行速度加快。
5.资源共享：资源共享是指将不同的计算单元共享一个硬件资源以优化电路的时序性能。
例如，将多个逻辑门共享同一个LUT（查找表）可以减少逻辑路径的延迟。
6.布线优化：布线是指将逻辑元件和时钟信号进行物理连线的过程。
布线优化可以通过选择合适的布线工艺规则、调整布线优先级、减少布线路径长度等方式来改善电路的时序性能。
7.时序仿真和分析：时序仿真和分析工具可以帮助设计人员了解电路的时序关系，并通过一系列的优化方法来改善时序性能。
通过仿真和分析可以发现潜在的时序问题，并指导设计人员进行优化。
综上所述，FPGA时序优化方法包括约束优化、时钟优化、逻辑优化、流水线优化、资源共享、布线优化和时序仿真分析等多个方面。
这些方法可以同时应用于FPGA设计中，以提高电路的时序性能和整体质量。
对于特定的设计需求和约束条件，设计人员需要结合实际情况选择适当的时序优化方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
建立和保持时间
谢大钊 编著
全局时钟
对于一个设计项目来说，全局时钟(或同 步时钟)是最简单和最可预测的时钟。在 CPLD/FPGA设计中最好的时钟方案是：由专 用的全局时钟输入引脚驱动的单个主时钟去 钟控设计项目中的每一个触发器。只要可能 就应尽量在设计项目中采用全局时钟。 CPLD/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。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
由于Tco、Tsetup是由具体的器件和工艺 决定的，我们设计电路时只可以改变 Tdelay。所以缩短触发器间组合逻辑的延时 是提高同步电路速度的关键。由于一般同 步电路都不止一级锁存，而要使电路稳定 工作，时钟周期必须满足最大延时要求， 缩短最长延时路径，才可提高电路的工作 频率。
谢大钊 编著
时钟系统应用2
谢大钊 编著
时钟系统应用2
如上页图所示20M的高频时钟将作为系统时钟， 输入到所有触发器的的时钟端。3M_EN 和5M_EN 将控制所有触发器的使能端。即原来接3M时钟的触 发器，接20M时钟，同时3M_EN 将控制该触发器使 能 ，原接5M时钟的触发器，也接20M时钟，同时 5M_EN 将控制该触发器使能。 这样我们就可以将 任何非同源时钟同步化。 异步信号输入总是无法满足数据的建立保持时 间，所以建议大家把所有异步输入都先经过双触发 器进行同步化 。
时钟系统应用1
谢大钊 编著
时钟系统应用2
在许多应用中只将异步信号同步化还是 不够的，当系统中有两个或两个以上非同 源时钟的时候，数据的建立和保持时间很 难得到保证，我们将面临复杂的时间问 题，那么这个时候怎么办呢？
谢大钊 编著
时钟系统应用2
最好的方法是将所有非同源时钟同步化， 那么又怎么样将非同源时钟同步化呢？
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
实例
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
实例
如下页图所示给出了一种可靠的全局钟控 的电路，它是上页图中不可靠计数器电路的 改进，RCO控制D触发器的使能输入。这个 改进不需要增加PLD的逻辑单元，和上页图 中的设计相比功能完全一样 ，但可靠性却高 得多。
谢大钊 编著
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
从重新设计的电路的波形图中可以看出 地址线不需要在nWR有效的整个期间内保 持稳定；而只要求它们和数据引脚一样符 合同样的建立和保持时间，这样对地址线 的要求就少很多。
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
实例
如下页图所示给出了一个不可靠的门控时钟的 例子。3位同步加法计数器的RCO输出用来钟控触 发器 。然而，计数器给出的多个输入起到时钟的作 用，这违反了可靠门控时钟所需的条件之一。在产 生RCO信号的触发器中，没有一个能考虑为实际的 时钟线 ，这是因为所有触发器在几乎相同的时刻发 生翻转。而我们并不能保证在CPLD/FPGA内部 QA,QB,QC到D触发器的布线长短一致，因此，如 下页图的时间波形所示，在计数器从3计到4时， RCO线上会出现毛刺（假设QC到D触发器的路径较 短，即QC的输出先翻转）。
FPGA/CPLD
重要设计思想及工程应用
时序及同步设计篇
中嵌教育() 谢大钊 编著
谢大钊 编著
概述
数字电路中,时钟是整个电路最重要、 最特殊的信号。 第一, 系统内大部分器件的动作都是 在时钟的跳变沿上进行, 这就要求时钟信 号时延差要非常小, 否则就可能造成时序 逻辑状态出错. 第二, 时钟信号通常是系统中频率最 高的信号.
谢大钊 编著
门控时钟
回答当然是肯定的，我们可以将门控时 钟转换成全局时钟以改善设计项目的可靠 性。 那么门控时钟如何才能转换为全局时 钟呢？
谢大钊 编著
门控时钟如何转换为全局时钟
如下页图所示描述出了如何用全局时钟 重新设计实例1 的电路。地址线在控制D触 发器的使能输入，许多PLD设计软件，如 ISE软件都提供这种带使能端的D触发器。 当ENA为高电平时，D输入端的值被钟控到 触发器中：当ENA为低电平时，维持现在 的状态。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
之前我们学习了怎么样将非同源时钟同 步化得到同步系统。那么在同步系统里又 怎么样提高同步系统的运行速度，使系统 的效率尽量高？ 很明显我们可以提高同步时钟的速度， 同步时钟愈快，电路处理数据的时间间隔 越短，电路在单位时间处理的数据量就愈 大。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
谢大钊 编著
概述
各个功能模块要使用统一的复位电路。 在使用带时钟的触发器、计数器等有复位 端的库器件时, 一般应尽量使用有同步复 位的器件。注意复位时保证各个器件都能 复位, 以避免某些寄存器的初始状态不确 定而引起系统工作不可靠。
谢大钊 编著
建立和保持时间
若想掌握时钟设计方法首先需要了解建立时 间和保持时间的概念。 如下页图所示，建立时间（setup time）：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； 保持时间（hold time）：是指在触发器的时钟信 号上升沿到来以后，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。
谢大钊 编著
门控时钟
1.驱动时钟的逻辑必须只包含一个“与”门或一 个“或”门。如果采用任何附加逻辑在某些工 作状态下，会出现竞争产生的毛刺。 2.逻辑门的一个输入作为实际的时钟，而该逻 辑门的所有其它输入必须当成地址或控制 线，它们遵守相对于时钟的建立和保持时 间的约束。
谢大钊 编著
门控时钟
实例1
谢大钊 编著
概述
因此, 在FPGA设计中最好的时钟方案 是: 由专用的全局时钟输入引脚驱动单个 主时钟去控制设计项目中的每一个触发 器。同步设计时, 全局时钟输入一般都接 在器件的时钟端, 否则会使其性能受到影 响。 对于需要多时钟的时序电路, 最好选用 一个频率是它们的时钟频率公倍数的高频 主时钟。
门控时钟如何转换为全局时钟
实例
谢大钊 编著
时钟系统应用1
如下页图所示，在这个应用中CLK_A用以钟 控REG_A，CLK_B用于钟控REG_B，由于 REG_A驱动着进入REG_B的组合逻辑，故 CLK_A的上升沿相对于CLK_B的上升沿有建立 时间和保持时间的要求。由于REG_B不驱动馈 到REG_A的逻辑，CLK_B的上升沿相对于 CLK_A没有建立时间的要求。此外，由于时钟 的下降沿不影响触发器的状态，所以CLK_A和 CLK_B的下降沿之间没有时间上的要求。我们 可以看到电路中有两个独立的时钟，可是，在 它们之间的建立时间和保持时间的要求是很难 得到保证的。那么应该怎么样解决这个问题 呢？
谢大钊 编著
概述
第三, 时钟信号通常是负载最重的信 号, 所以要合理分配负载。出于这样的考 虑在FPGA这类可编程器件内部一般都设有 数量不等的专门用于系统时钟驱动的全局 时钟网络。这类网络的特点是：一、负载 能力特别强, 任何一个全局时钟驱动线都 可以驱动芯片内部的触发器; 二是时延差 特别小; 三是时钟信号波形畸变小, 工作 可靠性好。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
我们在刚才做时间分析的时候，没有提 Tpd这个参数，Tpd是时钟的延时参数，如 果使用PLD的全局时钟型号，Tpd可以为 0，如果是普通时钟，则不为0。所以如果 考虑到时钟的延时，时钟周期最小应该 为：T=Tco+Tdelay+Tsetup-Tpd。当然以上 全部分析的都是器件内部的运行速度，如 果考虑芯片I/O管脚延时对系统速度的影 响，那么还需要加一些修正。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
我们可以将较大的组合逻辑分解为较小 的几块，中间插入触发器，如下页图所 示，这样可以提高电路的工作频率。这也 是“流水线”（pipelining）技术的基本原理。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
如下页图所示是一个可靠的门控时钟的 实例。用一个“与”门产生门控时钟 ，引脚 nWR和nWE考虑为时钟引脚，引脚 ADD[0…3]是地址引脚，两个触发器的数据 是信号D[1…n]经随机逻辑产生的。
谢大钊 编著
门控时钟
实例1
谢大钊 编著
门控时钟
实例2
如下页图所示也是一个可靠的门控时钟 的实例。在这个实例中，用一个“或”门产生 门控时钟。引脚nWR和nWE考虑为时钟引 脚，引脚0…3]是地址引脚，两个触发器的 数据是信号D[1…n]经随机逻辑产生的。
谢大钊 编著
时钟系统应用2Βιβλιοθήκη 我们可以使用带使能端的D触发器，并引 入一个高频时钟（频率高于系统中的所有源 时钟），便可以达到使系统中所有源时钟同 步的效果。
谢大钊 编著
时钟系统应用2
谢大钊 编著
时钟系统应用2
如上页图所示，系统有两个不同源时 钟，一个为3MHz，一个为5MHz，不同的 触发器使用不同的时钟。为了系统稳定， 假设我们引入一个20MHz时钟，那么这个 20MHz的时钟怎么才能将3M和5M时钟同步 化呢？
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
如上页图所示，我们先来看一个同步电 路中数据传递的基本模型。其中Tco是触发 器时钟到数据输出的延时；Tdelay是组合逻 辑的延时；Tsetup是触发器的建立时间。
谢大钊 编著
提高同步系统的运行速度
假设数据已经被时钟的上升沿打入D触发器， 那么数据到达第一个触发器的Q端需要Tco，再经 过组合逻辑的延时Tdelay到达的第二个触发器的D 端，要想时钟能在第二个触发器再次被稳定的锁 入触发器，则时钟周期最小应该为： T=Tco+Tdelay+Tsetup 时钟频率最快应该为：F= 1/T PLD开发软件也正是通过这个公式来计算系统 运行速度Fmax。