D觸發(fā)器為什么能對(duì)數(shù)據(jù)延遲一個(gè)時(shí)鐘周期

D觸發(fā)器在FPGA里用得很多，但我經(jīng)常無(wú)法理解D觸發(fā)器為什么能對(duì)數(shù)據(jù)延遲一個(gè)時(shí)鐘周期（打一拍）。下面從信號(hào)處理的角度來(lái)談一下我的理解。如發(fā)現(xiàn)理解有誤，煩請(qǐng)留言指正。

D觸發(fā)器形如：

`timescale 1ns/1ps
module d_flip_flop(
input clk,
input rst_n,
input d,
output reg q
);

always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
q <= 1'b0;
end else begin
q <= d;
end
end
endmodule
時(shí)序圖如下：

解讀如下：

D觸發(fā)器在時(shí)鐘CLK上升沿采樣，數(shù)據(jù)D在建立保持時(shí)間Tsu和Th內(nèi)需要穩(wěn)定不變，否則出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)！我們?cè)谶@個(gè)時(shí)間“窗口”內(nèi)采樣到的數(shù)據(jù)即為D觸發(fā)器采樣到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)Tco（其中Tco < Th）的時(shí)間后，D觸發(fā)器就會(huì)輸出上述采樣到的數(shù)據(jù)D，并且該數(shù)據(jù)會(huì)保持一個(gè)時(shí)鐘周期T不變。

為什么會(huì)有延遲一個(gè)時(shí)鐘周期（打一拍）的效果呢？原因是，如果兩個(gè)D觸發(fā)器分別對(duì)D和D’這兩個(gè)數(shù)據(jù)采樣，則這兩個(gè)觸發(fā)器輸出的結(jié)果將會(huì)一致的，即均為上圖的Q！對(duì)比D’和Q會(huì)發(fā)現(xiàn)：Q比D’延遲了一個(gè)時(shí)鐘，所以才會(huì)說(shuō)對(duì)信號(hào)D延遲了一個(gè)時(shí)鐘周期。

D觸發(fā)器是無(wú)法識(shí)別數(shù)據(jù)D在時(shí)鐘上升沿后肆意變化的那部分（因?yàn)镈觸發(fā)器在非觸發(fā)沿時(shí)是保持輸出不變，而不會(huì)再采樣數(shù)據(jù)的），所以才導(dǎo)致在D觸發(fā)器看來(lái)D和D’是一模一樣的信號(hào)??！

最后，有如下結(jié)論：
1.數(shù)據(jù)D在建立保持時(shí)間窗口內(nèi)必須保持穩(wěn)定，D觸發(fā)器采樣到的就是該穩(wěn)定數(shù)據(jù)。
2.D觸發(fā)器采樣后，經(jīng)過(guò)Tco時(shí)間后即可輸出到Q
3.保持時(shí)間過(guò)后，如果數(shù)據(jù)變化了，D觸發(fā)器無(wú)法感知
4.Tco < Th，且 Th很小，均由fpga器件型號(hào)決定

根據(jù)前3條，我們可以在仿真時(shí)認(rèn)為，D觸發(fā)器一直對(duì)CLK上升沿左邊的信號(hào)進(jìn)行采樣，并保持一個(gè)時(shí)鐘周期T的時(shí)間，因?yàn)橐恢辈蓸拥氖乔耙豢蹋ㄉ弦粋€(gè)T）數(shù)據(jù)D的值，并且保持T，所以長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，D觸發(fā)器對(duì)數(shù)據(jù)D延遲了一個(gè)時(shí)間周期！