数字IC笔试题——门控时钟与控制信号电平、与门门控、或门门控、上升沿门控、下降沿门控

    门控时钟问题。

（华为-2019-芯片-数字-34）

    从后端设计考虑，在必须使用门控时钟的时候，需要遵循一个原则：门控时钟的输出只能跟着时钟信号进行跳变，而不能跟着控制信号进行跳变，也就是说对于用NAND Gate或者AND Gate实现的门控时钟，控制信号只能在时钟的低电平处进行跳变；对于用OR Gate或者NOR Gate实现的门控时钟，控制信号只能在时钟的高电平处跳变（）

A. 正确

B. 错误

答案：A

FPGA探索者

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解析：

对于与门：

（1）使用条件：clk 上升沿有效；

（2）ena 高电平开启门控，ena 的电平跳变必须在时钟的低电平区间；

对于或门（ena 输入有个取非）：

（1）使用条件：clk 下升沿有效；

（2）输入的 ena 高电平开启门控，ena 的电平跳变必须在时钟的高电平区间；

    如果或门上不对 ena 取非，则 ena 在低电平开启门控。

门控时钟：

    有效降低动态功耗，是低功耗设计方法之一，主要应用于低功耗设计领域。

    门控时钟在 ASIC 中使用较多，在 FPGA 使用较少，使用门控时钟会影响时序分析。

    对上升沿有效的 clk，使用与门进行门控，ena 使能信号跳变只能发生在时钟的低电平区；

    对下降沿有效的 clk，使用或门进行门控，ena 使能信号跳变只能发生在时钟的高电平区；

参考：

https://blog.csdn.net/bleauchat/article/details/96502907

对上述单独的与门、或门组合逻辑的门控时钟的改进：

（1）使用锁存器

来源：

https://vlsi.pro/integrated-clock-gating-cell/

    对与门：

    使用一个锁存器，时钟 CLK 取反后作为使能端。

    对应时序波形：

    利用锁存器的锁存特性，得到时序图如下。

    对或门：

    使用一个锁存器，时钟 CLK 作为使能端。

（2）使用触发器

    对与门，使用下降沿触发的 D 触发器寄存使能信号。

    使用下降沿的目的，保证时钟高电平时，输出端不会发生变化，跳变只出现在时钟的低电平区间。

    

    在不考虑时钟 skew 的情况下，如下图所示。

    要不要考虑 clock skew？使用 ICG 集成门控的库或者原语，应该是不需要考虑的（如果要使用门控时钟，也只能用库或者原语，自己写的还是别用了）。

    如果考虑 skew 的话，上升沿触发和下降沿触发，对应 skew 正负 2 种情况下，各有 1 种会出现毛刺，感兴趣的可以自己画一画。

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