触发锁存和施密特触发器

在分析电路时偶尔会遇到施密特触发器，记得以前学过，翻了翻数电，发现还是没有网上概括的简单明了，于是整理转录了一些。

先讲讲触发器、锁存器和寄存器和缓冲区。

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，当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。数据有效迟后于时钟(或者使能)信号有效。这意味着时钟(或者使能)信号先到，数据信号后到。在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。

触发器(flipflop):最基本的就是边沿触发的存储单元。时钟有效迟后于数据有效。这意味着数据信号先建立，时钟信号后建立。在CP上升沿时刻打入到寄存器。

D触发器是指由时钟边沿触发的存储器单元，锁存器指一个由信号而不是时钟控制的电平敏感的设备。锁存器通过锁存信号控制，不锁存数据时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过缓冲器一样，一旦锁存信号起锁存作用，则数据被锁住，输入信号不起作用。

锁存器和D触发器实现的逻辑功能基本相同，都是暂存数据。由与非门搭建的话，锁存器所耗用的逻辑资源比D触发器少，所以使用锁存器有更高的集成度，但锁存器有以下缺点:

1、没有时钟端，不受系统同步时钟的控制，无法实现同步操作，和当前我们尽可能采用时序电路的设计思路不符;

2、latch对毛刺敏感，受布线延迟影响较大，很难保证输出没有毛刺产

生;latch是电平触发，相当于有一个使能端，且在激活之后(在使能电平的时候)

相当于导线了，随输出而变化，在非使能状态下是保持原来的信号，这就可以看出和flip-flop的差别，其实很多时候latch是不能代替ff的。如果使用门电路来搭建latch和ff，则latch消耗的门资源比ff要少，这是latch比ff优越的地方。

3.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。

https://www.360docs.net/doc/ce6765101.html,tch将静态时序分析变得极为复杂，目前latch只在极高端电的路中使用，如intel的P4等CPU。

一般的设计规则是:在绝大多数设计中避免产生LATCH.它会让您设计的时序完蛋，并且它的隐蔽性很强，非老手不能查出.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。

组合逻辑避免产生latch的一种常用做法。在process里面的最开头对组合逻辑的输出赋初值。

举例说明如下:

process(Rd_lenth,Wr_Addr_En,Rd_Addr_En,MRd_En,MWr_En,lm_Ack_n)

beginnext_state=cur_state;

casecur_stateiswhenidle=

if(x)thennext_state=busy;

else

endif;

Endprocess;

相当的电路是在每个状态底下，如果下一个clk到来时，下一个状态条件没满足，状态机继续留在原状态，相当于在cur_state的寄存器前面做了一个选择器。在if语句和case不全很容易产生latch。

锁存器电平触发会把输入端的毛刺带入输出，而触发器由于边沿作用可以有效抑制输入端干扰，用VHDL来描述就是:

触发器:

processbeginwaituntilclk'eventandclk='1';

q=d;

endprocess;

锁存器:

process(en,d)

beginifen='1'thenq=d;

endif;

endprocess;

寄存器(register):由若干个触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫寄存器。

缓冲区(Buffer):一个用于匹配速度不同步的设备或者优先级不同的设备之间传输数据的区域，通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而是从速度慢的设备读入数据是，速度快的设备的操作进程不发生间断。再讲讲施密特触发器的基本原理及作用。施密特触发器(也称滞回比较器)最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。同时，施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。它是由两级直流放大器组成，电路如图1所示。

两只晶体管的发射极连接在一起。该电路也有两个稳定状态，但它是靠电位触

发的。它的两个稳态分别为vrrl饱和、VT2截止与VT2饱和、VT1截止。两个稳态的相互转换取决于输入信号的大小，当输入信号电位达到接通电位且如果输人信号电位降到断开电位维持在大于接通电位时，电路保持为某一稳态;

且维持在小于断开电位时，电路迅速翻转且保持在另一状态。

施密特触发器作用:

1.施密特的主要作用是使得的小幅值干扰不会对反相器产生影响，从而避免了

误动作的发生。因些施密特触发器的最主要应用主要是为了提高抗干扰能力。如果刚好设定在5V的话，那么当电源在5V附近小范围的波动时，就会导致检测电路不停的动作。如果加上一个施密特触发器的话，就可以设定一个范围了。例如电压跌落到4.7V就断开，但要回升到5V才能接通。

2.用于触发,波形整形,滤波,用作反向器等。

下面介绍几例施密特触发器的典型应用。

a.利用施密特触发器实现波形变换，将非矩形波变换成矩形波。

b.利用施密特触发器对脉冲整形,可以恢复波形。

c.利用施密特触发器进行脉冲鉴幅。