【導讀】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，詳細解析鎖存器和Rs觸發(fā)器的原理，并對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)器是在時鐘的沿進行數(shù)據(jù)的鎖存的，而鎖存器是用電平使能來鎖存數(shù)據(jù)的。所以rs觸發(fā)器的Q輸出端在每一個時鐘沿都會被更新，而鎖存器只能在使能電平有效器件才會被更新。
需要注意的是，在一些教科書當中，rs觸發(fā)器實際是鎖存器。在FPGA設計中建議如果不是必須那么應該盡量使用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D鎖存器可以構成一個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)器是由兩個鎖存器構成的一個主從rs觸發(fā)器，輸出對輸入是不透明的，必須在時鐘的上升/下降沿才會將輸入體現(xiàn)到輸出，所以能夠消除輸入的毛刺信號。
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。在使能信號有效時latch相當于通路，在使能信號無效時latch保持輸出狀態(tài)。DFF由時鐘沿觸發(fā)，同步控制。
2、latch對輸入電平敏感，受布線延遲影響較大，很難保證輸出沒有毛刺產(chǎn)生；DFF則不易產(chǎn)生毛刺。
3、如果使用門電路來搭建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，因為FPGA中沒有標準的latch單元，但有DFF單元，一個LATCH需要多個LE才能實現(xiàn)。latch是電平觸發(fā)，相當于有一個使能端，且在激活之后（在使能電平的時候）相當于導線了，隨輸出而變化。在非使能狀態(tài)下是保持原來的信號，這就可以看出和flip-flop的差別，其實很多時候latch是不能代替ff的。
4、latch將靜態(tài)時序分析變得極為復雜。
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的手冊將該單元成為register/latch單元，附件是xilinx半個slice的結構圖。
一般的設計規(guī)則是：在絕大多數(shù)設計中避免產(chǎn)生latch。它會讓您設計的時序無效，并且它的隱蔽性很強，非老手不能查出。latch最大的危害在于不能過濾毛刺。這對于下一級電路是極其危險的。所以，只要能用Drs觸發(fā)器的地方，就不用latch。
有些地方?jīng)]有時鐘，也只能用latch了。比如現(xiàn)在用一個clk接到latch的使能端（假設是高電平使能），這樣需要的setup時間，就是數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿之前需要的時間，但是如果是一個DFF，那么setup時間就是在時鐘的上升沿需要的時間。這就說明如果數(shù)據(jù)晚于控制信號的情況下，只能用latch，這種情況就是，前面所提到的latchtimingborrow。基本上相當于借了一個高電平時間。也就是說，latch借的時間也是有限的。
對latch進行STA的分析其實也是可以，但是要對工具相當熟悉才行。不過很容易出錯。當前PrimeTime，是支持進行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在同步設計里出現(xiàn)的可能還是挺小的，現(xiàn)在處理過程中大都放在ff里打一下。
本篇文章主要對rs觸發(fā)器與鎖存器之間的區(qū)分進行了頗為細致的講解。相信在看過本篇文章之后，此前對兩種區(qū)別有所困惑的朋友一定能夠舉得豁然開朗，希望大家在閱讀過本篇文章之后，能夠吸收其中的知識。
相關閱讀：
從根部了解：Rs觸發(fā)器當中的電壓波形圖
施密特觸發(fā)器技術細節(jié)詳解——可自調(diào)閾值
基于CMOS雙D觸發(fā)器的脈沖寬度檢測電路設計
