DRV之data transition：数据路径节点的传输速度

DRV之data transition：数据路径节点的传输速度

什么是data transition?

Data transition是DRV检查的一种常见类型。要了解data transition，首先需要了解什么是transition。简单来说，transition就是电路中高低电平转换的过程。而这一转换过程所消耗的时间，就是transition time。

Data transition，顾名思义，就是数据路径上的transition。与data transition对应的是clock transition，也就是时钟路径上的transition。

为什么需要检查data transition?

首先，为了芯片性能。Data transition所需要的时间越短，数据传输的速度就越快，芯片的性能也就越强。

其次，为了芯片功耗。CMOS器件在稳定状态的功耗非常低，大部分功耗发生在状态转换过程中，也就是transition过程中。因此，加快此过程可以减少芯片功耗。

如何检查data transition?

EDA工具可以计算出，从驱动端（driver）到接收端（load）之间的transition time。当data transition超过某个阈值时，就算是出现了违例，工程师就需要对其进行修复。但问题是，transition time的阈值从哪里来呢？

一般来说，这个阈值和周期有关，通常设为周期的某个百分比，典型值是20%。例如，周期是500 ps，那data transition的阈值就是100 ps。

在PrimeTime中，可以通过命令set_max_transition <value> -data_path [get_clocks <clock>]来设置阈值。

要得到所有data transition的违例，可以使用命令report_constraint -max_transition -all_violators -nosplit。

特殊情况处理

当然，以上说的仅仅是普通情况。在实际项目中，往往还需要考虑以下几个问题：

1.如何处理慢速时钟？

例如，一个周期为10,000 ps的时钟，其20%就是2,000 ps，这个transition阈值就太大了，因为这很可能已经超出了单元库的查找表范围（俗称超表）。所以，还需要保证，transition不能超出端元库的查找表。超表会影响时序的精度，可以通过PrimeTime检查RC-011和RC-012警告信息来获悉是否出现超表现象。

2.如何处理快速周期？

例如，一个周期为200 ps的时钟，其20%只有40 ps，这个transition就太严格了，因为让整个模块都达到这么好的transition，需要付出大量的面积和功耗的代价。针对这种情况，可以适当放松标准。具体到放松的方法，可以将时序的setup结果考虑进来。如果setup margin（建立时间裕量）较多，可以适当的多放松一些，如果裕量较少，则要少放松一些。放松的上限建议不要超出原始标准的1.5倍，当然前提仍然是不要超表。

3.是否要考虑case value和disable timing？

在SDC中，会有set_case_analysis和set_disable_timing约束，这些约束可能会掩盖部分DRV的检查。因此，在检查DRV之前，需要将这些约束去掉。

4.是否需要考虑串扰？

一般data transition是在不考虑串扰SI的情况下检查的，不过也在SI下最好也检查一下。因为在芯片实际工作中，SI串扰总是不可避免的。不过，可以适当的放松一点检查的标准。放松的上限建议不要超出原始标准的1.5倍，当然前提是不要超表。

如何修复data transition?

修复data transition的思路主要是增强驱动能力或者减少负载，常用方法有以下几种。

首先，可以提升driver的驱动能力。例如换更低阈值电压的单元，驱动能力从小到大分别为LVTLL, LVT, ULVTLL, ULVT。还可以换更大的cell，例如把buffer X2换成buffer X4。

其次，如果有长线，可以在中间插入buffer，从而减少负载。

最后，如果扇出比较多，可以通过插buffer来减少扇出，从而减少负载。