硬件電路時序計算方法與應用實例

　　其中，狀態(tài)類信號是單端LVTTL信號，接收端利用TSCLK的上升沿對TSTAT[1:0]采樣，方向為從物理層芯片發(fā)往鏈路層芯片;數據類信號是差分LVDS信號，接收端利用TDCLK的上升沿與下降沿對TDAT[15:0]和TCTL采樣，即一個時鐘周期進行兩次采樣，方向為從鏈路層芯片發(fā)往物理層芯片。

　　由于接收信號組與發(fā)送信號組的時序分析類似，因此本文僅對發(fā)送信號組進行時序分析。

　　在本設計中，采用Vitesee公司的VSC9128作為鏈路層芯片，VSC7323作為物理層芯片，以下參數分別從這兩個芯片的Datasheet中提取出來。

　　● 狀態(tài)類信號的時序分析

　　對狀態(tài)類信號，信號的流向是從物理層芯片發(fā)送到鏈路層芯片。

　　第一步，確定信號工作頻率，對狀態(tài)類信號，本設計設定其工作頻率和時鐘周期為：

　　Freq=78.125MHz;

　　Tcycle = 1/ Freq = 12.8ns;

　　第二步，從發(fā)送端，即物理層芯片手冊提取以下參數^[3]：

　　-1ns < Tco < 2.5ns;

　　第三步，從接收端，即鏈路層芯片手冊提取建立時間和保持時間的要求^[4]：

　　Tsetup(min) = 2ns;

　　Thold(min) = 0.5ns;

　　將以上數據代入式1和式2：

　　2.5ns + (T_flight-data - T _flight-clk)_MAX + 2ns < 12.8ns

　　-1ns + (T_flight-data - T _flight-clk)_MIN > 0.5ns 整理得到：

　　1.5ns < (T_flight-data - T _flight-clk) < 8.3ns

　　基于以上結論，同時考慮到Vsig = 6inch/ns，可以得到如下結論，當數據信號和時鐘信號走線長度關系滿足以下關系時，狀態(tài)類信號的時序要求將得到滿足：TSTAT信號走線長度比TSCLK長9英寸，但最多不能超過49.8英寸。

　　● 數據類信號的時序分析

　　對數據類信號，信號的流向是從鏈路層芯片發(fā)送到物理層芯片。

　　第一步，確定信號工作頻率，對數據類信號，本設計設定其工作頻率為：

　　Freq=414.72MHz;

　　與狀態(tài)類信號不同的是，數據類信號是雙邊沿采樣，即，一個時鐘周期對應兩次采樣，因此采樣周期為時鐘周期的一半。采樣周期計算方法為：

　　Tsample = ½*Tcycle = 1.2ns;

　　第二步，從發(fā)送端，即鏈路層芯片手冊提取以下參數^[4]：

　　-0.28ns < Tco < 0.28ns;

　　第三步，從接收端，即物理層芯片資料可以提取如下需求^[3]：

　　Tsetup(min) = 0.17ns;

　　Thold(min) = 0.21ns;

　　將以上數據代入式1和式2，需特別注意的是，對數據類信號，由于是雙邊沿采樣，應采用Tsample代替式1中的Tcycle：

　　0.28ns + (T_flight-data - T _flight-clk)_MAX + 0.17ns < 1.2ns

　　-0.28ns + (T_flight-data - T _flight-clk)_MIN > 0.21ns

　　整理得到：

　　0.49ns < (T_flight-data - T _flight-clk) < 0.75ns

　　基于以上結論，同時考慮到Vsig = 6inch/ns，可以得到如下結論，當數據信號和時鐘信號走線長度關系滿足以下關系時，數據類信號的時序要求將得到滿足：TDAT、TCTL信號走線長度比TDCLK長2.94英寸，但最多不能超過4.5英寸。

　　5 結論

　　高速電路中的時序設計，雖然看似復雜，然而只要明晰其分析方法，問題可以迎刃而解。

　　參考文獻：
　　[1] 王劍宇. 高速電路設計實踐[M]. 電子工業(yè)出版社，2010：131
　　[2] Optical Internetworking Forum. Implementation Agreement: OIF-SPI4-02.0[J]. OIF，2002：1-5
　　[3] Vitesse. VSC7323 Datasheet[J]. Vitesse,2006： 306~312
　　[4] Vitesse. VSC9125 and VSC9128 Datasheet[J]. Vitesse，2006：769-772