速查手册 · 时钟与静态时序分析

① 核心公式

Setup Slack（建立时间裕量）

Arrival = T_launch + Tcq + Tcomb_max Required = T_capture + Tclk − Tsetup − uncertainty slack_setup = Required − Arrival = (T_capture + Tclk − Tsetup − uncertainty) − (T_launch + Tcq + Tcomb_max)

用 Tcomb_max（最慢路径）、慢角 ss。slack ≥ 0 满足。

Hold Slack（保持时间裕量）

Arrival = T_launch + Tcq + Tcomb_min Required = T_capture + Thold slack_hold = Arrival − Required = (T_launch + Tcq + Tcomb_min) − (T_capture + Thold)

用 Tcomb_min（最快路径）、快角 ff。注意 slack 方向与 setup 相反，且公式里没有 Tclk。

含偏斜的形式

令 Tskew = T_capture − T_launch slack_setup = Tclk + Tskew − Tcq − Tcomb_max − Tsetup slack_hold = Tcq + Tcomb_min − Tskew − Thold

同一个 Tskew 对两者的影响方向相反（零和）——这是 useful skew 的基础。

其它常用关系

f = 1 / T 总 latency = source latency + network latency Tskew = 到达时间之差（相对量） MTBF = e^(t_r/τ) / (T_0 × f_clk × f_data) P_dynamic = α · C · V² · f

② 方向速记（最容易记反的地方）

	Setup	Hold
怕什么	数据到得太晚	数据到得太早
用哪条路径延迟	Tcomb_max	Tcomb_min
工艺角	ss（慢）+ 低电压	ff（快）+ 高电压
受 Tclk 影响	是	否
derate 方向	data late ×1.1，clock early ×0.9	data early ×0.9，clock late ×1.1
uncertainty 含 jitter	含	同域 hold 不含（jitter 抵消）
何时修	CTS 之前	CTS 之后、布线之后才算数
怎么修	让数据更快	让数据更慢

⚠️ 三句话防记反

① 降频能修 setup，完全不能修 hold。
② 在数据路径上加延迟 → setup 变差、hold 变好（永远相反）。
③ useful skew 修 setup 是延后 capture 时钟；修 hold 是延后 launch 时钟。

③ Clock Uncertainty 组成

阶段	Setup	Hold
pre-CTS	jitter + margin + skew	margin + skew
post-CTS	jitter + margin	margin（很多流程设为 0）

典型值：pre-CTS setup ≈ 0.1–0.2 ns；post-CTS 可降至 0.05–0.1 ns。margin 是流程选择，不是物理量。 CTS 后必须把 uncertainty 调小，否则白白浪费裕量。

④ 时序约束优先级（高 → 低）

Timing Exception Priority

1. set_case_analysis ← 最高，直接改变电路拓扑 2. set_false_path 3. set_max_delay / set_min_delay 4. set_multicycle_path 5. 默认单周期检查 ← 最低

口诀：case > false > max/min > multicycle > 默认。

🚫 multicycle 必须配对

set_multicycle_path N -setup 必须配 set_multicycle_path (N−1) -hold。
只设 setup 会让 hold 检查被意外推到第 N 个沿，要求数据保持 N 个周期 → 大量莫名其妙的 hold 违例。

⑤ CTS 检查清单

CTS 之前（六项）

布局完成且合法
电源地已预布线（PG pre-routed）
预估拥塞可接受
预估时序可接受（setup）
无 max transition / cap 违例
高扇出网络（HFNS）已处理

CTS 之后（五项）

Skew report
Clock tree report（级数、buffer 数、latency）
Timing report（setup / hold）
Power & area
时钟树自身 DRC

💡 CTS 三大目标（互相冲突）

最小化 skew、最小化 insertion delay、最小化功耗。三者是 trade-off 关系，不可能同时最优。答题时一定要补上这一句。

⑥ 平衡点：把某棵子树整体做长 / 做短

💡 一句话

平衡点是一份契约：从我往下的所有叶子必须互相配平，但我这一整棵子树相对上一级可以整体偏移。
组内严格对齐，组间允许错开——这正是 useful skew 要的效果。

真实命令形态（路径已脱敏）

set_clock_balance_points -delay -0.2 \ -scenarios "func_ss_0d72v_125c_cworst_setup" \ -balance_points u_mem_ctrl/u_sram_bank0/U_MEM/CLK # 同组多个 sink 一次给全，保证组内配平不被破坏 set_clock_balance_points -delay -0.2 \ -scenarios "func_ss_0d72v_125c_cworst_setup" \ -balance_points {u_sram_a/U_MEM/CLK u_sram_b/U_MEM/CLK} remove_clock_balance_points -all

-balance_points 是复数，给的是 sink 引脚本身。不同工具/版本对 -delay 的符号方向与单位约定不同，必须实测确认，不要照抄。

参数	作用	注意
`-balance_points`	哪些节点成为平衡点	复数，可一次给多个；给 sink 引脚（如 `.../U_MEM/CLK`）
`-delay`	延迟偏移 —— 产生 useful skew 的旋钮	带符号；方向（负=提前还是推迟）各工具不同，必须实测确认
`-scenarios`	限定在指定 scenario 生效	复数；setup 与 hold 方向相反，必须分开设

⚠️ 符号方向怎么确认（三步法）

① 先跑一次不带 -delay 的 CTS，用 report_clock_timing -type latency 记录这组 sink 的插入延迟；
② 加一个很小的 -delay（如 0.05）重跑，再看同一个 sink 的插入延迟；
③ 看它变大还是变小，就确定了符号方向。之后再用它去修真正的问题。

这组 sink 的角色	违例类型	该让它…
capture 端	setup	更晚到（capture 晚到 → Tskew ↑）
launch 端	hold	更晚到（数据晚出发）
capture 端	hold	更早到（或把对端做晚）
launch 端	setup	更早到（或把对端做晚）

💡 这张表怎么记

前两行都要"更晚到"，后两行都要"更早到"。
本质就一句：让数据相对时钟更宽裕——救 setup 是给数据更多时间，救 hold 是让数据别太早。

🚫 四条铁律

① "更早到"比"更晚到"难：时钟延迟有物理下限，所以实践中"做短"常靠"把对端做晚"等效实现。
② 平衡点必须选公共祖先：选低了会漏掉兄弟节点，组内配平被破坏，反而制造新 skew。
③ 必须按 scenario 分开设：setup 与 hold 方向相反，不写 -scenarios 会同时作用于所有 corner，自相矛盾。
④ 幅度要克制：故意加的 skew 会被 OCV derate 放大（derate 作用于独有段），单点通常 100–150 ps 以内，且必须 MCMM 多 corner 验证实际达成的量。

🧠 多 scenario 给相反方向，工具怎么解？

物理上只有一棵时钟树，不可能对同一 sink 呈现不同延迟。工具是在做多目标折中：找一棵物理上唯一的树，使所有 scenario 的加权代价之和最优。
所以不要指望"setup +0.15、hold −0.08"能精确实现——设值要留余量，并且必须在所有 signoff corner 上核对实际达成的 skew，而不是假定它按你写的值实现了。

⑦ set_clock_tree_options 选项分类

类别	管什么	代表性选项
① 偏斜 / 延迟目标	树长成什么样	`-target_skew`、`-max_insertion_delay`、`-global_skew`、`-local_skew`
② 单元选择	允许用哪些 buffer/inverter	`-buffer_list`、`-inverter_list`、`-cell_list`
③ 走线规则	时钟线的物理规格	`-ndr_rule`、shielding 相关
④ 结构控制	树的形状与规模	`-level`、`-max_fanout`、聚类/平衡相关

🎯 target_skew 定多少

它是成本旋钮，不是"越紧越好"：每收紧一点都要用缓冲器级数、面积、功耗和插入延迟来换。
实用起点：周期的 2%–5%。例：周期 2 ns（500 MHz）→ 从 0.05–0.08 ns 起步，跑一轮看实际达成的 skew 分布和功耗，再决定收紧还是放松。
常见误用：CTS 不收敛时继续收紧目标。应该先查驱动梯度和floorplan 是否太散。

⑧ 术语中英对照

中文	英文	一句话
建立时间	Setup Time	时钟沿前数据需稳定的时间
保持时间	Hold Time	时钟沿后数据需稳定的时间
恢复时间	Recovery Time	异步复位释放相对时钟沿的要求（类比 setup）
移除时间	Removal Time	异步复位释放后的保持要求（类比 hold）
时钟偏斜	Clock Skew	两点到达时间之差（相对量）
时钟延迟	Clock Latency	单点的绝对到达时间
源延迟	Source Latency	时钟源 → 时钟定义点
网络延迟	Network Latency	定义点 → 触发器时钟端（= 时钟树延迟）
插入延迟	Insertion Delay	时钟树本身引入的延迟
抖动	Jitter	同一位置每个周期边沿位置的漂移
不确定性	Uncertainty	jitter + margin（+ skew，CTS 前）
有用偏斜	Useful Skew	故意制造 skew 搬运裕量（可修 setup 和 hold）
时间借用	Time Borrowing	靠 latch 透明窗口借下一个周期的时间
片上变异	OCV	同芯片不同位置的延迟差异
先进 OCV	AOCV	derate 随级数/距离变化（查表）
参数化 OCV	POCV / SOCV	延迟建模为分布，按 ±3σ 计算，σ 用 RSS 合成
共同路径悲观消除	CRPR / CPPR	把共同段被重复降额的悲观度加回来
伪路径	False Path	结构存在但功能上无法敏化的路径
多周期路径	Multicycle Path	放宽到 N 个周期（setup N 配 hold N−1）
串扰	Crosstalk	耦合电容导致延迟偏移（delta delay）或毛刺（glitch）
非默认规则	NDR	加宽/加间距/屏蔽，降低 EM 和 SI 风险
多角多模	MCMM	多工艺角 × 多工作模式的分析矩阵
时钟门控	Clock Gating	用 ICG 关掉空闲模块的时钟翻转省动态功耗
亚稳态	Metastability	采样窗口内数据变化导致的中间不确定态
平均无故障时间	MTBF	衡量同步器可靠性的指标
最差负裕量	WNS	最差路径差多少
总负裕量	TNS	所有违例路径 slack 之和
工程变更	ECO	后期小范围修改（metal-only 成本最低）

⑨ 高频易错点（网上流传的错误说法）

🚫 这些说法是错的

"false path 和功能无关" → 错。恰恰相反，false path 的本质就是功能上不可能被敏化（或被有意排除的异步 CDC）。
"useful skew 只能修 setup" → 错。延后 capture 时钟利于 setup，延后 launch 时钟利于 hold。
"降频可以修 setup 违例" → 这是改规格，不是 PD 修复手段。产品性能降级不叫修复。
"插 buffer 一定能改善 setup" → 有条件。只有省下的线延迟 > 新增的 cell 延迟时才有效，且应靠近 capture 端。
"clock buffer 的 rise/fall time 完全相同" → 不准确。被设计成对称的是 rise/fall delay（保证占空比），transition time 仍可能不同。
"7 层金属时钟固定走 M4/M5" → 是 PDK/层栈/floorplan 相关的。只有"电源走顶层金属"比较通用。
"zero skew 不可能因为路径长度不同" → 理由站不住。H-tree 可以把长度做等；做不到是因为 OCV/PVT/负载与噪声不匹配。
"clock gating 是修剪 clock tree" → 不准确。它不改变树的拓扑，只是关闭空闲模块的时钟翻转。
"SDC 包含功耗约束" → 错。功耗意图属于 UPF/CPF；SDC 管 timing / DRC / area / 例外。

⑩ 延伸阅读

OpenSTA — 开源 STA 引擎，命令与报告格式参考价值高
VLSIDA/chip-tutorials — STA / 约束 / 报告 / 多角分析实操教程
OpenROAD — 开源 RTL-to-GDS 流程，含 TritonCTS
OpenSTA 命令手册 (PDF)

🎯 怎么用这份手册

做题卡住时对照 ①②；面试前扫 ②④⑦。真正的理解来自课程里的推导过程—— 手册只负责在你已经懂了之后帮你快速回忆。