Xilinx FPGA学习笔记（5）——锁存器和触发器

shuszhao

1、锁存器（latch）
锁存器是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输入时钟（或者使能）信号的电平值，当锁存器使能时，输出才会随着输入的变化而变化。锁存器有2个输入，一个是使能信号en,另一个是输入数据信号data,它有一个输出Q，锁存器的功能就是在en有效的时候把data的值传给Q，这也是锁存的过程。




2、触发器（Flip-Flop,FF）
触发器也叫双稳态门或者双稳态触发器，是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。触发器一直保持自身的状态，直到它收到输入脉冲，这就称为触发。当收到输入脉冲时，输出就会根据规则改变状态，然后保持这种状态直到收到了下一个触发。触发器对脉冲边沿敏感，其状态只在时钟脉冲的上升沿或者下降沿瞬时改变。


3、锁存器和触发器的区别

[li]它们都是具有记忆功能的二进制存储器件，是组成各种时序逻辑电路的基础。锁存器和它所有的输入信号相关，当输入信号变化时，锁存器输出就变化，没有时钟端。触发器（FF）受时钟控制，只有在时钟触发时才采样当前的输入，产生输出。同时，因为latch和FF都是时序逻辑，所以输出不仅与当前输入相关还与上一时间输出相关。[/li][li]锁存器（latch）由电平触发，非同步控制。在使能时，latch相当于通路，使能无效时，保持输出状态。D触发器（DFF）由时钟沿触发，同步控制。[/li][li]锁存器（latch）对输入电平敏感，受布线延迟影响大，很难保证输出没有毛刺产生，而DFF则不易产生毛刺。[/li][li]如果使用门电路搭建latch和DFF, latch消耗的门资源较少。在ASIC中使用latch的集成度比DFF高，但是在FPGA中相反。FPGA中没有标准的latch单元，但是有DFF单元，一个latch需要多个LE才能实现。Latch是电平触发，相当于有一个使能端，且在使能后随着输入变化。在非使能时，latch保持原来的信号。所以很多时候latch不能代替FF。[/li][li]Latch使静态时序分析变得复杂。一般的设计规则是在尽量避免产生latch. Latch 会使设计的时序混乱，并且它的隐蔽性很强，难以检查。Latch 最大的危害在于不能过滤毛刺，这对于下一级的电路有危害。所以只要能用D触发器的地方，就不用latch.[/li]

有些地方没有时钟只能用锁存器。比如一个clk接到latch的使能端，这样需要的setup时间，就是数据在时钟的下降沿之前需要的时间。如果是一个DFF，那么setup时间就是数据在时钟的上升沿所需要的时间。说明如果数据晚于控制信号的情况下，只能用latch。