隻需十分鍾,教你識別鎖存器和Rs觸發器
發布時間:2015-09-30 責任編輯:echolady
【導讀】新手都不容易區別鎖存器和Rs觸發器,經常混淆不清。本文就教你迅速在十分鍾內區別rs觸發器與鎖存器,詳細解析鎖存器和Rs觸發器的原理,並對比分析了兩者之間的區別。
Rs觸發器與鎖存器在數據鎖存的方式上有所區別,rs觸發器是在時鍾的沿進行數據的鎖存的,而鎖存器是用電平使能來鎖存數據的。所以rs觸發器的Q輸出端在每一個時鍾沿都會被更新,而鎖存器隻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觸發器實際是鎖存器。在FPGA設計中建議如果不是必須那麼應該盡量使用rs觸發器而不是鎖存器。鍾控D觸發器其實就是D鎖存器,邊沿D觸發器才是真正的D觸發器,鍾控D觸發器在使能情況下輸出隨輸入變化,邊沿rs觸發器隻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觸發器,歸根到底還是dff是邊沿觸發的,而latch是電平觸發的。鎖存器的輸出對輸入透明的,輸入是什麼,輸出就是什麼,這就是鎖存器不穩定的原因,而rs觸發器是由兩個鎖存器構成的一個主從rs觸發器,輸出對輸入是不透明的,必須在時鍾的上升/下降沿才會將輸入體現到輸出,所以能夠消除輸入的毛刺信號。
rs觸發器與鎖存器的比較:
1、latch由電平觸發,非同步控製。在使能信號有效時latch相當於通路,在使能信號無效時latch保持輸出狀態。DFF由時鍾沿觸發,同步控製。
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生;DFF則不易產生毛刺。
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。latch是電平觸發,相當於有一個使能端,且在激活之後(在使能電平的時候)相當於導線了,隨輸出而變化。在非使能狀態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將靜態時序分析變得極為複雜。
5、目前latch隻在極高端電的路中使用,如intel的P4等CPU。FPGA中有latch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。
一般的設計規則是:在絕大多數設計中避免產生latch。它會讓您設計的時序無效,並且它的隱蔽性很強,非老手不能查出。latch最大的危害在於不能過濾毛刺。這對於下一級電路是極其危險的。所以,隻要能用Drs觸發器的地方,就不用latch。
有些地方沒有時鍾,也隻能用latch了。比如現在用一個clk接到latch的使能端(假設是高電平使能),這樣需要的setup時間,就是數據在時鍾的下降沿之前需要的時間,但是如果是一個DFF,那麼setup時間就是在時鍾的上升沿需要的時間。這就說明如果數據晚於控製信號的情況下,隻能用latch,這種情況就是,前麵所提到的latchtimingborrow。基本上相當於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latch分析的。現在一些綜合工具內置的STA分析功能也支持,比如RTLcompiler,DesignCompiler.除了ASIC裏可以節省資源以外。latch在同步設計裏出現的可能還是挺小的,現在處理過程中大都放在ff裏打一下。
本篇文章主要對rschufaqiyusuocunqizhijiandequfenjinxinglepoweixizhidejiangjie。xiangxinzaikanguobenpianwenzhangzhihou,ciqianduiliangzhongqubieyousuokunhuodepengyouyidingnenggoujudehuorankailang,xiwangdajiazaiyueduguobenpianwenzhangzhihou,nenggouxishouqizhongdezhishi。
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