最後更新:2026年10月8日設計・架構晶片設計流程(RTL 至投片)中國大陸:STA(静态时序分析)

STA(靜態時序分析)是什麼

Static Timing Analysis

STA(靜態時序分析)是不實際運作電路,而是累加所有訊號路徑的元件延遲與導線延遲,全面驗證資料能否在時脈週期內送達(setup)以及是否太早到達(hold)的手法。標準做法是在 PVT 角落與操作模式交乘的數十種條件下分析,簽核時使用 Synopsys PrimeTime 或 Cadence Tempus。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

STA(Static Timing Analysis:靜態時序分析)是對電路的所有訊號路徑(path),不使用輸入圖樣即驗證訊號能否在目標時脈週期內送達的手法。與實際運作電路加以確認的模擬不同,STA 累加各元件與導線的延遲來計算每條路徑的到達時間,因此即使是數十億閘規模的電路,也能全面檢查所有路徑。從邏輯合成後到佈局繞線、最終簽核都會反覆使用。

STA 的基本是 2 種檢查。(1)建立時間檢查(setup check):確認資料是否在下一個時脈邊緣之前一定時間到達(是否太晚),違規時無法提高操作頻率。(2)保持時間檢查(hold check):確認資料是否在時脈邊緣之後立即變化(是否太早),違規時即使降低頻率也無法修正,屬於致命性不良。要求時間與到達時間之差稱為餘裕(slack),負餘裕即代表違規。

STA 的結果高度依賴對製造變異與操作條件的假設。依製程快慢(角落)、電源電壓、溫度的組合(PVT 角落)分別分析,再交乘操作模式(一般運作、測試模式等)、同時驗證數十種條件的 MCMM(多角落多模式)是標準做法。晶片內的局部變異則以 OCV、AOCV、POCV 等統計性修正加計到延遲上。

決定精度的是輸入資料。元件延遲由 PDK 所含的時序庫(Liberty 檔)計算,導線延遲則由寄生參數萃取(PEX)求得的電阻、電容計算。代表性簽核工具有 Synopsys PrimeTime 與 Cadence Tempus。此外,STA 不檢查訊號的邏輯正確性,因此功能驗證須併用模擬或形式驗證。

STA(靜態時序分析)的常見問題

STA 與時序模擬有何不同?
時序模擬是給予輸入圖樣讓電路運作,只確認該圖樣所經過的路徑。STA 不使用圖樣而計算所有路徑的延遲,因此涵蓋率高,大規模電路也能在短時間內完成。另一方面,STA 不驗證邏輯功能的正確性,因此兩者角色不同。
餘裕(slack)是什麼?
是訊號應到達的要求時間與實際到達時間之差,表示時序的餘裕。為正表示有餘裕,為負則是時序違規。晶片整體最差的餘裕(WNS)與負餘裕的總和(TNS)被用作收斂狀況的指標。
為什麼保持時間違規是致命的?
建立時間違規可以降低時脈頻率來解決,但保持時間違規的原因是資料太早到達,即使改變頻率也無法修正。若在製造後才發現便沒有補救手段,因此必須在簽核時確實排除。

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