为什么setup检查下一个沿而hold检查当前沿

做数字电路设计的可能都见过图一所示的setup和hold时间检查，从图中可以明显看出，setup time检查下一个沿，而hold time检查同一个沿。那么这是为什么呢 ？

图1

数字电路的工作原理

以数字电路设计常见的状态机为例，下一个状态的值总是由当前状态加一些判断条件决定。为了保证下一个状态值的正确，新的状态值要在下一个时钟沿被正确采样，同时不能被当前时钟沿采样。

因此，setup time 的检查是为了保证数据在下一个时钟沿被正确采样，而 hold time 的检查是保证数据不被当前沿采样或破坏，满足了这两点，数字电路便能正常工作。

Hold Time Violation

考虑一个两级移位寄存器，其launch clock 和 capture clock如图2所示。可以看到clock skew非常大，大于半个时钟周期。假设数据的延迟小于半个时钟周期，那么 hold time 的检查公式必然不满足， 即 Tcq + Tcomb < Tclk_skew + Thold。

对于这个两级移位寄存器，我们希望的值是 00（cycle0）， 01（cycle1）， 10（cycle2），00（cycle3）。但是由于第二级寄存器有hold time violation，数据在当前沿就被采样，那么我们实际看到的值为 00（cycle0），11（cycle1），00（cycle2），00（cycle3），完全是错误的结果。

图2

时序违反一定会有亚稳态发生吗

不一定。寄存器进入亚稳态有两个前提条件，一是数据要发生变化，二是数据的变化要发生在setup time和hold time限制的范围内。以上述图2为例，假设数据的变化没有出现在setup和hold time限制的范围内，尽管是有hold time violation，也是没有亚稳态发生的。

审核编辑：汤梓红