【導(dǎo)讀】新手都不容易區(qū)別鎖存器和Rs觸發(fā)器，經(jīng)常混淆不清。本文就教你迅速在十分鐘內(nèi)區(qū)別rs觸發(fā)器與鎖存器，詳細(xì)解析鎖存器和Rs觸發(fā)器的原理，并對(duì)比分析了兩者之間的區(qū)別。
Rs觸發(fā)器與鎖存器在數(shù)據(jù)鎖存的方式上有所區(qū)別，rs觸發(fā)器是在時(shí)鐘的沿進(jìn)行數(shù)據(jù)的鎖存的，而鎖存器是用電平使能來(lái)鎖存數(shù)據(jù)的。所以rs觸發(fā)器的Q輸出端在每一個(gè)時(shí)鐘沿都會(huì)被更新，而鎖存器只能在使能電平有效器件才會(huì)被更新。
需要注意的是，在一些教科書當(dāng)中，rs觸發(fā)器實(shí)際是鎖存器。在FPGA設(shè)計(jì)中建議如果不是必須那么應(yīng)該盡量使用rs觸發(fā)器而不是鎖存器。鐘控D觸發(fā)器其實(shí)就是D鎖存器，邊沿D觸發(fā)器才是真正的D觸發(fā)器，鐘控D觸發(fā)器在使能情況下輸出隨輸入變化，邊沿rs觸發(fā)器只有在邊沿跳變的情況下輸出才變化。兩個(gè)D鎖存器可以構(gòu)成一個(gè)D觸發(fā)器，歸根到底還是dff是邊沿觸發(fā)的，而latch是電平觸發(fā)的。鎖存器的輸出對(duì)輸入透明的，輸入是什么，輸出就是什么，這就是鎖存器不穩(wěn)定的原因，而rs觸發(fā)器是由兩個(gè)鎖存器構(gòu)成的一個(gè)主從rs觸發(fā)器，輸出對(duì)輸入是不透明的，必須在時(shí)鐘的上升/下降沿才會(huì)將輸入體現(xiàn)到輸出，所以能夠消除輸入的毛刺信號(hào)。
rs觸發(fā)器與鎖存器的比較：
1、latch由電平觸發(fā)，非同步控制。在使能信號(hào)有效時(shí)latch相當(dāng)于通路，在使能信號(hào)無(wú)效時(shí)latch保持輸出狀態(tài)。DFF由時(shí)鐘沿觸發(fā)，同步控制。
2、latch對(duì)輸入電平敏感，受布線延遲影響較大，很難保證輸出沒(méi)有毛刺產(chǎn)生；DFF則不易產(chǎn)生毛刺。
3、如果使用門電路來(lái)搭建latch和DFF，則latch消耗的門資源比DFF要少，這是latch比DFF優(yōu)越的地方。所以，在ASIC中使用latch的集成度比DFF高，但在FPGA中正好相反，因?yàn)镕PGA中沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的latch單元，但有DFF單元，一個(gè)LATCH需要多個(gè)LE才能實(shí)現(xiàn)。latch是電平觸發(fā)，相當(dāng)于有一個(gè)使能端，且在激活之后（在使能電平的時(shí)候）相當(dāng)于導(dǎo)線了，隨輸出而變化。在非使能狀態(tài)下是保持原來(lái)的信號(hào)，這就可以看出和flip-flop的差別，其實(shí)很多時(shí)候latch是不能代替ff的。
4、latch將靜態(tài)時(shí)序分析變得極為復(fù)雜。
5、目前l(fā)atch只在極高端電的路中使用，如intel的P4等CPU。FPGA中有l(wèi)atch單元，寄存器單元就可以配置成latch單元，在xilinxv2p的手冊(cè)將該單元成為register/latch單元，附件是xilinx半個(gè)slice的結(jié)構(gòu)圖。
一般的設(shè)計(jì)規(guī)則是：在絕大多數(shù)設(shè)計(jì)中避免產(chǎn)生latch。它會(huì)讓您設(shè)計(jì)的時(shí)序無(wú)效，并且它的隱蔽性很強(qiáng)，非老手不能查出。latch最大的危害在于不能過(guò)濾毛刺。這對(duì)于下一級(jí)電路是極其危險(xiǎn)的。所以，只要能用Drs觸發(fā)器的地方，就不用latch。
有些地方?jīng)]有時(shí)鐘，也只能用latch了。比如現(xiàn)在用一個(gè)clk接到latch的使能端（假設(shè)是高電平使能），這樣需要的setup時(shí)間，就是數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿之前需要的時(shí)間，但是如果是一個(gè)DFF，那么setup時(shí)間就是在時(shí)鐘的上升沿需要的時(shí)間。這就說(shuō)明如果數(shù)據(jù)晚于控制信號(hào)的情況下，只能用latch，這種情況就是，前面所提到的latchtimingborrow。基本上相當(dāng)于借了一個(gè)高電平時(shí)間。也就是說(shuō)，latch借的時(shí)間也是有限的。
對(duì)latch進(jìn)行STA的分析其實(shí)也是可以，但是要對(duì)工具相當(dāng)熟悉才行。不過(guò)很容易出錯(cuò)。當(dāng)前PrimeTime，是支持進(jìn)行l(wèi)atch分析的。現(xiàn)在一些綜合工具內(nèi)置的STA分析功能也支持，比如RTLcompiler，DesignCompiler.除了ASIC里可以節(jié)省資源以外。latch在同步設(shè)計(jì)里出現(xiàn)的可能還是挺小的，現(xiàn)在處理過(guò)程中大都放在ff里打一下。
本篇文章主要對(duì)rs觸發(fā)器與鎖存器之間的區(qū)分進(jìn)行了頗為細(xì)致的講解。相信在看過(guò)本篇文章之后，此前對(duì)兩種區(qū)別有所困惑的朋友一定能夠舉得豁然開(kāi)朗，希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后，能夠吸收其中的知識(shí)。
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