IC设计基础系列之CDC篇7：从CMOS到触发器（六）

look_w

②D锁存器
虽然SR锁存器可以锁存数据，电路结构也简单，但是有一个毛病就是S
和R同时有效时，输出错误，使用不够方便；还有一个问题就是某个时候存某个数据分不开，相当于时间和内容不够清晰。因此就因此了D锁存器，D锁存的功能是在时钟高/低电平的时候通过数据，在时钟低/高电平的时候锁存数据（这样就明确地说明了什么时候锁存什么数据，而不是像SR锁存器一样，不知道锁存什么数据），具体的结构图和分析如下所示：
D锁存器的常见结构和电路符号图如下所示：
　　　　　　　　
可以看到，D锁存器可以分为前级门电路（两个与门和一个非门）和后级SR锁存器组成，（PS：反相器2个晶体管，两个与门共12个晶体管，两个或非门共8个晶体管，D锁存器一个22个晶体管）下面我们就来分析一下它的功能：
输入是Clk和D，也就是输入有四种可能：
·当clk=0时，红S红R都为0，也就是SR锁存器的输入为00，根据SR锁存器的功能，输出Q和Q’将保持原来的状态；因此clk=0时，不管D是什么，输出Q和Q’都不随D变化，只与原来的状态有关，也就是保持。
·当clk=1时，R=(1·D’)=D’；S=(1·D)=D。
也就是说，当clk=1的时候，SR锁存的输入是互补的，不会出现S和R同时有效的情况。当D=1时，S=1，置位有效，输出Q=1；当D=0时，R=1，复位有效，输出Q=0；因此就可以知道，在clk=1时，输出Q=D，也就是输出等于输入。
通过上面的分析，上面的D锁存器结构功能为：在clk=1时，数据通过D锁存器流到了Q；在Clk=0时，Q保持原来的值不变。这样的锁存器也称为透明锁存器或者电平敏感锁存器（这里需要注意的是，上面结构中电平敏感锁存器是高电平敏感，也就是说高电平的时候是敏感的，是不锁存数据的）。然后低电平敏感的D锁存器的电路结构这里就不介绍了。


3、D锁存器的应用
锁存器用来锁存数据，这是初始的功能应用，这里来聊聊锁存的其他的简单应用吧。
①锁存器的常用应用就是用来防电路毛刺了，具体的应用就是门控时钟了，这里请查看我的另外一篇博文，那里有较为详细的关于门控电路的描述。
②此外，锁存器可以用来构造触发器，这个我们在后面的触发器中进行介绍。
③锁存器的一种叫做锁定锁存器（ lockup latch）的玩意用于修复扫描链插入时引起的时钟偏移问题，帮助修复保持时间违规，具体情况可以查看下面链接：



④类似通过修复保持时间来增强性能、锁存器流水线的应用，这些应用很难三言两语的说明，有些我也不是完全掌握，以后有时间再进行撰写。


4、（D）触发器
触发器有很多类型，比如J-K触发器、T触发器、D触发。前面我们也说了，锁存器的应用之一就是构成触发器，这里我们只聊最简单的触发器——D触发器，D触发器的结构和电路符号图如下所示：


　　　　       






　　　　D触发器可以由两个D锁存器构成，驱动时钟的相位相反（也就是），前面的D锁存器称为主锁存器，后面的D锁存器称为从锁存器，因此D触发器也可以称为主从触发器（PS：两个D锁存器共44个晶体管，非门2个晶体管，因此D触发器46个晶体管）。下面我们分析一下D触发的功能：



　　从上面的分析可以找到，D触发器在时钟上升沿的时候锁存在时钟上升沿采到的值，并且保持一个时钟周期。这种在时钟上升沿锁存数据的触发器称为正边沿触发器，与此对应的还有负边沿触发的触发器，这里就不进行介绍了。
　　由D触发器延伸出去的知识点还有很多，比如寄存器，寄存器由多个D触发器构成（一个D触发器可以看做1位的寄存器）；比如带使能的触发器：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　


带复位的触发器：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　




OK，触发器的结果和功能就聊到这里，接下来我们来聊聊触发器的建立时间（setup time）和保持时间(hold time).




。