使用 MBUFGCE 减少时钟不确定性 - 2023.2 简体中文

Versal 自适应 SoC 系统集成和确认方法指南 (UG1388)

Document ID
UG1388
Release Date
2023-11-15
Version
2023.2 简体中文
注释: report_qor_suggestions Tcl 命令可自动应用这种最优化技巧。
Versal 器件中,您可使用 MBUFGCE 单元通过消除 MMCM 相位误差来减少同步时钟域交汇上的时钟不确定性。以 300 MHz 和 150 MHz 时钟域之间路径为例,这 2 个时钟均由相同的 MMCM 生成。
注释: 针对 AMD UltraScale™ 器件推荐使用的并行 BUFGCE_DIV 拓扑结构同样可适用于 Versal 器件。但相比于使用 MBUFGCE 的叶级分频,并行 BUFGCE_DIV 拓扑结构耗用的功耗更多、使用的时钟资源更多,并且发生的偏差也更大。

在此情况下,时钟不确定性针对“建立”和“保持”分析均包含 120 ps 相位误差。此时,无需生成含 MMCM 的 150 MHz 时钟,而可改为将 MBUFGCE 连接到 300 MHz MMCM 输出,并在叶级将该时钟除以 2。

图 1. Versal 器件同步 CDC 时序路径改进时钟拓扑

以下是利用新拓扑结构实现的改进效果:

  • 针对建立分析,时钟不确定性不包含 MMCM 相位误差,并且还减少了 120 ps。
  • 针对保持分析,时钟不确定性未增加(仅适用于相同的边缘保持分析)。
  • 公共节点移至靠近叶级分频器的位置,从而节省部分时钟消极因素。

下表提供了 Versal 器件同步 CDC 时序路径的建立分析与保持分析的时钟不确定性的比较结果。

表 1. Versal 器件同步 CDC 时序路径的建立分析的时钟不确定性之比较
建立分析 MMCM 生成的 150 MHz 时钟 MBUFGCE 150 MHz 时钟
  时钟抖动 (CJ) 0.405 ns 0.403 ns
相位抖动 (PJ) 0.000 ns 0.000 ns
相位误差 (PE) 0.120 ns 0.000 ns
时钟不确定性 0.322 ns 0.202 ns
表 2. Versal 器件同步 CDC 时序路径的保持分析的时钟不确定性之比较
保持分析 MMCM 生成的 150 MHz 时钟 MBUFGCE 150 MHz 时钟
  时钟抖动 (CJ) 0.402 ns 0.000 ns
相位抖动 (PJ) 0.000 ns 0.000 ns
相位误差 (PE) 0.120 ns 0.000 ns
时钟不确定性 0.322 ns 0.000 ns