模擬IC設(shè)計(jì)原理圖2：寄存器的原理和電路原理圖介紹

寄存器分為鎖存器、觸發(fā)器；是數(shù)字和模擬電路中的核心之一。為了便于快速理解，在這里我們只以D鎖存器和D觸發(fā)器的功能來(lái)介紹寄存器的工作原理。一般性的定義可在百度百科搜索關(guān)鍵詞：寄存器。

下面我們將介紹具體地介紹 存儲(chǔ)單元，傳輸門結(jié)構(gòu)鎖存器，邏輯門結(jié)構(gòu)鎖存器，差分信號(hào)鎖存器；通過(guò)鎖存器實(shí)現(xiàn)寄存器。

存儲(chǔ)單元

在具體介紹寄存器原理圖之前，我們先來(lái)看一個(gè)存儲(chǔ)信息的單元。這里我們提到的存儲(chǔ)單元是構(gòu)建一條回路來(lái)存儲(chǔ)信息，使得信號(hào)的信息始終保持在單元內(nèi)，即這個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存了一個(gè)高電平信號(hào)或者是低電平信號(hào)。

存儲(chǔ)單元

這個(gè)電路，我們可以這樣來(lái)理解，如果一開始我們?cè)陔娐返淖蠖溯斎胍粋€(gè)高電平，那么通過(guò)反相器，右邊的電路是低電平信號(hào)，然后右邊的低電平信號(hào)通過(guò)下面的反相器在返回左端電路，信號(hào)又變成了高電平信號(hào)，電路穩(wěn)定后，我們撤去外加的初始電平，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電路會(huì)穩(wěn)定。穩(wěn)定的原因如下：

1.電路中兩個(gè)反相器都是接有電源的，撤去外加信號(hào)后電路還是有穩(wěn)定供電，通過(guò)反相器后輸出電信號(hào)的電源來(lái)源于反相器上面接的電源。

2.每個(gè)反相器內(nèi)部都是兩個(gè)MOS管，我們知道MOS管內(nèi)部是有寄生電容的，在電壓傳輸?shù)倪^(guò)程中，由于寄生電容的存在，電壓的變化以充放電的形式出現(xiàn)，電壓是連續(xù)變化的，因此經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器都需要一定的時(shí)間，當(dāng)然這個(gè)時(shí)間很短，不然就沒(méi)有當(dāng)今我們這么快速便捷的計(jì)算機(jī)了。雖然時(shí)間很短，但是也起到了一個(gè)緩沖的作用，由此這個(gè)電路我們可以理解成一條跑道，電信號(hào)在里面循環(huán)往復(fù)地跑圈。由此實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的存儲(chǔ)，我們用的計(jì)算機(jī)和手機(jī)中的RAM用的就是這類存儲(chǔ)單元。

傳輸門結(jié)構(gòu)鎖存器

要實(shí)現(xiàn)D鎖存器和D觸發(fā)器的功能，我們首先要來(lái)分析實(shí)現(xiàn)這些功能所需要的電路邏輯。

傳輸門正好就是這樣一個(gè)開關(guān)，其內(nèi)部是由兩個(gè)MOS管組成，結(jié)構(gòu)如下：

GND端連接低電平、VDD端連接高電平時(shí)，傳輸門開關(guān)導(dǎo)通

傳輸門：CLK高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)閉

考慮到不讓CLK在低電平輸入信號(hào)時(shí)，傳輸門內(nèi)電路的左端電壓有沖突，我們還在存儲(chǔ)單元中加入了一個(gè)傳輸門做開關(guān)控制，當(dāng)CLK低電平時(shí)，輸入端傳輸門打開，存儲(chǔ)單元中的傳輸門關(guān)閉，輸出等于輸入。當(dāng)CLK高電平時(shí)，輸入端傳輸門關(guān)閉，存儲(chǔ)單元中的傳輸門打開，信號(hào)保持不變；由此構(gòu)成了一個(gè)D鎖存器結(jié)構(gòu)。

傳輸門結(jié)構(gòu)D鎖存器

邏輯門結(jié)構(gòu)鎖存器

通過(guò)或非門搭建的鎖存器

這個(gè)電路原理圖，我們首先來(lái)看右邊紅色框框住的兩個(gè)或非門組成的電路結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)是一個(gè)可輸入信號(hào)的存儲(chǔ)單元，也被稱為RS鎖存器。通過(guò)邏輯運(yùn)算可見，紅色框電路的真值表為：

差分信號(hào)鎖存器

差分信號(hào)鎖存器

通過(guò)鎖存器實(shí)現(xiàn)寄存器

上升沿有效D觸發(fā)器