时序分析基本概念介绍——min pulse width 最小脉冲宽度

前言

min pulse width 是对信号高电平或低电平脉冲最小宽度的衡量，通常都只针对clock path 做min pulse width 检查。

一、什么是 min pulse width？

min pulse width ，全称为最小脉冲宽度检查。min pulse width用于检查时钟信号的波形是否处在一个合理的状态。时序单元对时钟的高电平和低电平的脉冲宽度有一定的要求，经过min pulse width检查可以获悉时钟信号的最小脉冲宽度是否满足了时序单元的要求。

二、为什么检查 min pulse width？

一般情况下，由于cell本身的差异，rise和fall delay不相同，这样可能会造成时钟信号脉冲宽度减小。
如下图一个周期为1ns，duty cycle 为50%的clock信号:

在经过一个buffer（rise delay: 0.05, fall delay:0.03):

clock信号波形变成如下图所示:

假设一个占空比为50%的时钟穿过一个buffer，该buffer的rise delay大于fall delay，则经过buffer后的脉冲宽度要比输入时钟小。如果时钟信号经过一系列相同类型的单元，则时钟信号的脉冲宽度将会持续减小。如果小于某个最小宽度，可能会导致器件不能正常的捕获数据。
因此，在做timing分析时，我们是必须对cell的pin做min pulse width检查。

三、如何设置 min pulse width约束？

min pulse width检查设置通常有两类方法：在sdc里面重新设置min pulse width约束或者直接使用library里面的设置。

1. 在sdc里面定义

指令如下（示例）：

set_min_pulse_width 1.25 [get_clocks *]

或者指令如下（示例）：

set_timing_derate -min_pulse_width 1.25 

2. library里面定义

EDA工具也可以通过查找单元库来获取 min pulse width的阈值，在单元库中，一般是以input transition 为index 的一张一维表。

一般情况下，如果要设置比lib里面更为严格的min pulse width检查，需要在sdc里面重新设置min pulse width约束。

四、如何检查 min pulse width？

因为library 中相应clock pin 上定义了min pulse width 属性，或用命令set_min_path_width 设了约束，因此在做了CTS之后，则可以使用命令report_min_pulse_width 可以报出相应min pulse width check。

如上电路图，我们想要计算ff2的clock pin的min pulse width check，采用report_min_pulse_width -path_type full_clock_expanded [get_pin ff2/CP]，得到下面path路径slack。

如果想要报出所有的min pulse width violation可以使用report_min_pulse_width -all_violators命令。

五、如何修复 min pulse width？

1.由于普通buffer上升和下降的delay不一样，如果经过一连串的buffer的话，有时候会发生min pulse width的violation。因此，更加推荐采用clock inverter来取代buffer，相比buffer来说，inverter的上升和下降时间会相互补偿，这样就更容易避免min pulse width violation的产生;
2. 检查是否有比较大的transition, 因为min pulse width的阈值在单元库中一般是以input transition 为index 的一张一维表;
3. 检查时钟路径是否用了相同阈值电压（Vt）的的单元，是否用了时钟单元（一般以CK或DCCK开头），另外，对于先进工艺电路，一般时钟路径会使用低阈值电压单元（ULVT）;
4. 检查是否有串扰，消除或者减少串扰引起的delta delay。

总结

最小脉冲宽度对数字电子设备的功能和性能至关重要，它直接影响设备的稳定度和精度，因此设计数字电子设备时，必须仔细考虑最小脉冲宽度，并确保信号始终保持在可接受范围内。