做數(shù)字電路設(shè)計的可能都見過圖一所示的setup和hold時間檢查，從圖中可以明顯看出，setup time檢查下一個沿，而hold time檢查同一個沿。那么這是為什么呢 ？

圖1

數(shù)字電路的工作原理

以數(shù)字電路設(shè)計常見的狀態(tài)機(jī)為例，下一個狀態(tài)的值總是由當(dāng)前狀態(tài)加一些判斷條件決定。為了保證下一個狀態(tài)值的正確，新的狀態(tài)值要在下一個時鐘沿被正確采樣，同時不能被當(dāng)前時鐘沿采樣。

因此，setup time 的檢查是為了保證數(shù)據(jù)在下一個時鐘沿被正確采樣，而 hold time 的檢查是保證數(shù)據(jù)不被當(dāng)前沿采樣或破壞，滿足了這兩點(diǎn)，數(shù)字電路便能正常工作。

Hold Time Violation

考慮一個兩級移位寄存器，其launch clock 和 capture clock如圖2所示。可以看到clock skew非常大，大于半個時鐘周期。假設(shè)數(shù)據(jù)的延遲小于半個時鐘周期，那么 hold time 的檢查公式必然不滿足， 即 Tcq + Tcomb < Tclk_skew + Thold。

對于這個兩級移位寄存器，我們希望的值是 00（cycle0）， 01（cycle1）， 10（cycle2），00（cycle3）。但是由于第二級寄存器有hold time violation，數(shù)據(jù)在當(dāng)前沿就被采樣，那么我們實際看到的值為 00（cycle0），11（cycle1），00（cycle2），00（cycle3），完全是錯誤的結(jié)果。

圖2

時序違反一定會有亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生嗎

不一定。寄存器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)有兩個前提條件，一是數(shù)據(jù)要發(fā)生變化，二是數(shù)據(jù)的變化要發(fā)生在setup time和hold time限制的范圍內(nèi)。以上述圖2為例，假設(shè)數(shù)據(jù)的變化沒有出現(xiàn)在setup和hold time限制的范圍內(nèi)，盡管是有hold time violation，也是沒有亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生的。