時序邏輯電路示意圖如下。前后兩級寄存器之間有一個組合邏輯運算電路。

假設(shè)寄存器的建立時間要求為tsetup, 保持時間要求為thold, 輸出延時為tcq（這些參數(shù)只要工藝庫或者器件確定了，就是確定的）；組合邏輯電路的運算延時為tlogic; 兩級寄存器之間的clk線路延時為tclk_delay；clk的隨機抖動為tjitter；tcycle為時鐘周期。故電路必須滿足如下建立時間，保持時間要求：

tsetup_slack=tcycle-(tcq+tlogic) -tsetup+tclk_delay-tjitter>0

thold_slack=tcq+tlogic-thold-tclk_delay-tjitter>0

當(dāng)tsetup_slack要求不滿足時，我們可以選擇增大tcycle。當(dāng)然這就使得電路的整體時鐘頻率下降，從而速度下降。

從另一個角度考慮，我們可以通過減少tlogic來使得電路的建立時間裕量滿足要求。 達到這個目的，只有兩個辦法：

第一是優(yōu)化，簡化組合邏輯電路，使得電路的延時下降。如果是ASIC設(shè)計，我們可以結(jié)合卡諾圖，布爾邏輯等式代換，狄摩根定律等去對邏輯電路盡量做到優(yōu)化。如果是FPGA設(shè)計，我們可以結(jié)合FPGA器件的底層單元（例如查找表（LUT））的基本邏輯功能去做邏輯優(yōu)化。

例如，在做ASIC的時候，要實現(xiàn)如下邏輯功能：

經(jīng)過卡諾圖化簡得到布爾表達式如下：

B=C’D+A’D+ACD’

還可以進一步化簡

B=C’D+A’D+ACD’=(A’+C’)D+ACD’=(AC)’D+ACD’=(AC)^D

最后發(fā)現(xiàn)只要一個與門，后面跟一個異或門就可以實現(xiàn)這個邏輯。

（1）所以我們在寫verilog的時候如果用門級電路去描述這個邏輯電路時：

assign B = (A&D)^D;

或者用結(jié)構(gòu)化的方式去描述時：

and(AC,A,C);

xor(B,AC,D);

其綜合對應(yīng)出來的電路便可能是最簡單的，當(dāng)然這跟綜合庫有關(guān)。

（2）但是如果我們用行為級的方式去描述這個邏輯時，例如如下。

always @( * )

if( {A,C,D} == 3b001 || {A,C,D} == 3b011 || {A,C,D}==101 ||{A,C,D} == 3b110)

B = 1b1;

else

B = 0;

那么其綜合得到的電路就是不可控的了，雖然EDA工具會對其做優(yōu)化。因此這樣綜合出來的電路如果不是最簡的，那么其延時就大。

所以在描述電路的時候，如果時序要求很高，最好要考慮邏輯化簡和器件適應(yīng)。

第二種方式便是利用流水線技術(shù)，使得兩級寄存器之間組合邏輯電路的運算量減少，從而使得tlogic減少。

例如對于一個組合邏輯電路，其功能是實現(xiàn)8bit數(shù)的全加器。我們可以將其劃分成兩個4bit數(shù)的全加器。如下圖，原本是要實現(xiàn)兩個8bit數(shù)A[7:0],B[7:0]，外加一個進位位c_in相加的，如下。

assign{c_out,sum[7:0]} =A[7:0] + B[7:0] +c_in ;

現(xiàn)在變成了前面一個全加器實現(xiàn)

assign {c_out1,sum1[3:0]} = A[3:0] + B[3:0] + c_in ;

后面一個全加器實現(xiàn)

assign{c_out,sum2[3:0]} = A[7:4] + B[7:4] + c_out1 ;

最后再將sum1，sum2合并得到sum，如下。

assign sum = {sum2,sum1};

第一個全加器算出{c_out1,sum1[3:0]} = A[3:0] + B[3:0] + c_in 之后，在時鐘有效沿到來時，將c_out1,sum1[3:0],A[7:4],B[7:4] 送到中間一級寄存器暫存；然后第二個電路做{c_out,sum2[3:0]} = A[7:4] + B[7:4] + c_out1 運算，并將結(jié)果sum1，sum2合并得到sum。這樣一來每兩級寄存器之間的全加器變成了4bit的全加器，電路延時肯定得到降低了。從而tlogic降低。

當(dāng)然還可以進一步優(yōu)化，使得流水級數(shù)更多。一般來說保持時間不會出現(xiàn)違例情況，因為寄存器的輸出延時tcq,一般要大于thold。如果出現(xiàn)違例，從式子

thold_slack=tcq+tlogic-thold-tclk_delay-tjitter>0

我們可以考慮適當(dāng)增加tlogic，或者后端布局布線時去減少tclk_delay。