What？Setup time is negative value!

“时光倒流 ! 难道，是失传已久的月光宝盒重现江湖？”

回想当时还是菜鸟的时候，感叹岁月蹉跎，现在已经是一名老菜鸟了。

当然，神话应该不会让我在工程设计中遇见。那么，这个负值，一定不是常规意义上的建立时间了（setup time）或保持时间 （hold time），了解静态时许分析（STA）的童鞋应该不陌生。下面就以setup time举例开始渐进式分析，一步一步揭开这个“倒流的时间”。

1.负值存在的合理性

从setup check的计算公式来分析：slack = RT - AT = ( T + Dclks - setup ) - AT ；其中的RT就是到达时许单元的需求时间，AT是数据实际所用的时间，T是时钟周期，Dclks是时钟的工作延时，setup就是我们讨论的建立时间。slack的值越大逻辑元件正常工作的状态越好（当然也不能无限制的大）。那么setup为负时：

                                                     slack = RT（变大）- AT

slack随着setup的负值变小而变大，对于slack是有利的，也就是说负值的存在是为了优化时许，这是它存在的合理性。

2.工作原理上存在的原因

以reg2reg为例（上升沿触发）（不会使用这个界面画图，尴尬）

数据从reg1的Q pin到达reg2的D pin，有一段建立时间，等待时钟上升沿到来。合理推测，当时钟上升沿到达CK pin之后数据并不是被立即触发，这里存在一段延迟时间Dd，

则RT = T + Dclks + Dd - setup =T+Dclks + （Dd - setup）

         =T+Dclks - （-Dd + setup）

当Dd大于setup的时候 （-Dd + setup）就是负值了，说到这里，想必也明白了，setup的真实值不会是负值，这里的负值setup已经不再是原来意义上的setup了，括弧中的整理相当于这里的新的setup了。

同样的方法可以分析hold的负值。

3.从stdCell（reg）的结构上分析

以D触发起为例（暂时无图），setup和hold的值 与cell中某一点处data和clk的相对时间长度有关，公式分析和上面的方式相同。

RT- AT=T+Dck- setup - Ddata - Ddpin +Dckpin

           =T+ Dclks - Ddata-（-Dckpin + Ddpin + setup）

括弧里的值就是setup在lib库文件中的二维表中的值。当Dckpin 大于 Ddpin+setup时Setup值取负，否则为正。hold可同理分析。

这样从结构上说明这种stdCell的结构不单单是一个reg，还包含里一些附加电路来增加某些延迟。这些可从layout中观察cell的结构得以印证。

总的来说，存在负值的setup和hold已经不是本来意义上的值了，而是换了概念的相对值，合理存在的值。还要注意的是，setup和hold不能同时为负值，而且二者之和必须为正。