CDC跨时钟域处理（2）时钟属性
时钟（CLK）的性质与参数详解
一、基本参数
1. 频率（Frequency, f）
- 含义：每秒振荡的次数
- 单位：Hz（赫兹），常用 MHz、GHz
- 公式：f = 1 / T
- 例子：100MHz = 每秒 1 亿次
2. 周期（Period, T）
- 含义：相邻两个上升沿（或下降沿）的时间间隔
- 单位：秒（s），常用 ns、ps
- STA 中最核心的约束：set_clock_period
3. 占空比（Duty Cycle）
- 含义：高电平时间占整个周期的比例
- 公式：Duty = T_high / T_period × 100%
- 理想值：50%（高低电平各一半）
- 为什么重要：
- 双边沿采样（DDR）必须保证占空比准确
- 时钟分频、门控时钟会影响占空比
- 占空比太差会导致 setup/hold 不平衡
4. 相位（Phase）
- 含义：两个时钟之间的时间偏移
- 单位：角度（度）或时间（ps）
- 例子：同频反相的两个时钟，相位差 180°
二、时序偏差特性
5. 时钟延迟（Clock Latency）
- 含义：从时钟源点（PLL 输出）到触发器时钟端的总延迟
- 分为两部分：
- Source Latency：时钟源到时钟树根的延迟
- Network Latency：时钟树根到触发器的延迟（时钟树本身）
- SDC 约束：set_clock_latency
理想状态下走线延迟为0，但是现实并不理想，clk从时钟源传递到触发器都是需要时间的。
6. 时钟偏斜（Clock Skew）
- 含义：同一个时钟，到达不同触发器的时间差
- 产生原因：时钟树路径长度不同、负载不同
- 对时序的影响：
- 正 skew（捕获时钟晚到）：有利于 setup，恶化 hold
- 负 skew（捕获时钟早到）：恶化 setup，有利于 hold
- 时钟树综合（CTS）的目标：把 skew 控制在可接受范围内
在静态时序分析题目中，有时候两个触发器的延迟之差就是clk_skew：
clk到reg1的延迟为Tclk1，clk到reg2的延迟为Tclk2，clk_skew = Tclk2 - Tclk1；
7. 时钟抖动（Clock Jitter）
- 含义：时钟沿实际位置和理想位置的偏差
- 本质：时钟周期的短期不确定性
- 产生原因：PLL 噪声、电源噪声、串扰、热噪声
- 对时序的影响：相当于 setup 和 hold 的余量都减少了
- SDC 约束：set_clock_uncertainty
时钟的短期不确定性，可能早了也可能是迟了，不管早晚反正就是出问题了，所以无论是setup还是hold都会被恶化，对于两个指标的slack都是减少。
| Skew | Jitter | |
|---|---|---|
| 本质 | 空间上的偏差（不同位置） | 时间上的偏差（不同时刻） |
| 是否固定 | 静态的，每个位置固定 | 动态的，随机变化 |
| 谁解决 | 时钟树综合 CTS | PLL 设计、电源设计 |
| STA 中怎么处理 | 算在路径里 | 用 uncertainty 预留余量 |
三、时钟域特性
7. 同步时钟 vs 异步时钟
- 同步时钟：有固定的相位关系，通常同源（如 PLL 分出的不同频率）
- 可以做 STA 时序分析
- 不需要 CDC 处理
- 异步时钟：没有固定相位关系，不同源
- 不能保证相位关系
- 跨域必须做 CDC 同步处理
8. 同源时钟
- 来自同一个 PLL / 振荡器
- 频率成整数倍或固定比例
- 相位关系可预测
四、其他重要性质
9. 时钟边沿（Edge）
- 上升沿触发：最常用，数据在上升沿采样
- 下降沿触发：部分场景用
- 双边沿触发：DDR（双倍数据率），上下沿都传数据
10. 频率稳定性
- 时钟频率随时间、温度、电压的漂移程度
- 晶振 > PLL > 内部振荡器
- 对高速接口很重要
11.时钟使能 / 门控（Clock Gating）
- 用 EN 信号控制时钟是否翻转
- 降低功耗的常用手段
- 要注意不能产生毛刺
12. 不确定性（Uncertainty）
- STA 中用来预留的时钟悲观量（相当于不知道时钟的偏差会有多少，就先给它留点空间，默认它有这么多的时间是有问题的）
- 包含：抖动 + 部分 skew + 设计余量
- SDC：set_clock_uncertainty