锁存器与触发器的区别

作者：电子工程师小李

1）锁存器

锁存器（latch）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，仅当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。

简单地说，锁存器有两个输入，一个是有效信号EN，一个是输入数据信号DATA_IN，有一个输出Q，它的功能就是在EN有效的时候把DATA_IN的值传给Q，也就是锁存的过程。

2）触发器

触发器（Flip-Flop，简写为FF）也叫双稳态门，又称双稳态触发器，是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。触发器一直保持它们的状态，直到它们收到输入脉冲，又称为触发。当收到输入脉冲时，触发器输出就会根据规则改变状态，然后保持这种状态直到收到下一个触发。触发器对脉冲边沿敏感，其状态只在时钟脉冲的上升沿或下降沿的瞬间改变。

3）锁存器与触发器的区别

锁存器和触发器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本器件之一。其区别在于，latch同其所有的输入信号相关，当输入信号变化时latch就变化，没有时钟端；flip-flop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。当然，因为latch和flip-flop都是时序逻辑，所以输出不但同当前的输入相关还同上一时间的输出相关。

（1）latch由电平触发，非同步控制。在使能信号有效时latch相当于通路，在使能信号无效时latch保持输出状态。DFF由时钟沿触发，同步控制。

（2）latch对输入电平敏感，受布线延迟影响较大，很难保证输出没有毛刺产生，而DFF则不易产生毛刺。

（3）如果使用门电路来搭建latch和DFF，则latch消耗的门资源比DFF要少，这是latch比DFF优越的地方。所以，在ASIC中使用latch的集成度比DFF高，但在FPGA中正好相反，因为FPGA中没有标准的latch单元，但有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，且在激活之后（在使能电平有效的时候）随输入而变化。在非使能状态下latch保持原来的信号，这就可以看出其和flip-flop的差别，其实很多时候latch是不能代替FF的。

（4）latch将静态时序分析变得极为复杂。

一般的设计规则是在绝大多数设计中避免产生latch。latch会让设计的时序混乱，并且它的隐蔽性很强，很难检查。latch最大的危害在于不能过滤毛刺，这对于下一级电路是极其危险的。所以，只要能用D触发器的地方，就不用latch。

有些地方没有时钟，也只能用latch了。比如现在将一个clk接到latch的使能端（假设是高电平使能），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，但是如果是一个DFF，那么setup时间就是在时钟的上升沿需要的时间。这就说明如果数据晚于控制信号的情况下，只能用latch，这种情况就是，前面所提到的latch timing borrow。基本上相当于借了一个高电平时间。也就是说，latch借的时间也是有限的。

编辑：hfy