Flip-Flop vs. Latches: Hauptunterschiede zwischen ihnen

Was ist ein Flipflop?

Ein Flipflop ist eine grundlegende digitale Speicherschaltung, die ein Datenelement speichern kann. Eine Zeitschaltung verwendet ein Flipflop als Speicherkomponente. Ein Flipflop, eine Kombinationsschaltung oder beide Zeitschaltungen werden verwendet, um die Ausgabe zu erzeugen. Wenn der Taktimpuls im aktiven Zustand ist, wird der Zustand des Flipflops geändert; wenn er im inaktiven Zustand ist, bleibt er unverändert. Insbesondere verwenden synchrone Zeitschaltkreise nicht getaktete Flipflops als Speicherelemente, während asynchrone Zeitschaltkreise getaktete Flipflops als Speicherkomponenten verwenden.

Abbildung 1: Flipflop

Was ist ein Latch?

Ein Objekt zum Speichern eines Datenbits wird als Latch bezeichnet. Obwohl sie Flipflops ähneln, handelt es sich dabei nicht um synchrone Geräte. Sie arbeiten nicht an den äußeren Rändern der Uhr wie FFs. Ein Latch ist ein Gerät mit zwei stabilen Zuständen: hoher Ausgang und niedriger Ausgang. Der Latch kann die gespeicherten Daten sofort ändern, nachdem er für aktiviert erklärt wurde. Das Aktivierungssignal prüft den Eingang ständig, nachdem es aktiviert wurde. Diese Schaltkreise können in zwei Zuständen arbeiten, hoch und niedrig, abhängig vom aktivierten Signal.

Abbildung 2: Latches

Arten von Latches

• SR-Latch
• Gated SR-Latch
• D-Latch
• Gated D-Latch
• JK-Latch
• T-Latch

 

Abbildung 3: SR Latch

Abbildung 4: Gated SR Latch

Abbildung 5: D-Latch

Abbildung 6: Gated D Latch

Abbildung 7: JK Latch

Abbildung 8: T Latch

SR Latch

Ein asynchrones Gerät, bekannt als SR-Latches (Set/Reset) arbeiten unabhängig für Steuersignale, indem sie sich auf die S-Zustand- und R-Eingänge verlassen. Die beiden Eingänge werden ausgetauscht und gelöscht, wenn diese Latches mit NAND-Gattern aufgebaut sind. Daher wird es als SR'-Latch bezeichnet.

Gated SR Latch

Ein Gated-SR-Latch ist alles, was eine unkomplizierte Erweiterung des SR-Latch ist. Bevor die Informationen zwischengespeichert werden, stellt es eine Aktivierungsleitung bereit, die hochgefahren werden muss. Der Ausgang kann sich sogar im mittleren Eingang des Freigabeimpulses ändern, obwohl die Steuerleitung erforderlich ist. Daher ist der Latch nicht synchron.

D-Latch

Ein elektronischer Latch kann zum Speichern einzelner Daten verwendet werden. Wenn der Takteingang hoch ist, wird der D-Latch zum „Latchen“ oder Erfassen des Logikpegels verwendet, der auf der Datenleitung vorhanden ist. Wenn der Taktimpuls hoch ist und die Daten auf der D-Leitung ihren Zustand ändern, folgt der Ausgang Q dem Eingang D.

Gated D Latch

Der Gated D Latch ist so ausgelegt, dass er nur den Gated SR Latch ändert, und die einzige Änderung am Gated SR Latch besteht darin, dass Eingang R so geändert werden muss, dass S invertiert wird.

JK Latch

Der RS-Latch und der JK-Latch sind vergleichbar. Wie im Diagramm zu sehen ist, hat dieser Latch zwei Eingänge: J und K. Diese Form des Latchs beseitigt den verwirrenden Status an dieser Stelle. Der Ausgang wird geschaltet, wenn der JK-Latch-Eingang hoch ist. Die einzige Unterscheidung, die getroffen werden kann, ist die Ausgangsrückkopplung zum Eingang, die beim RS-Latch fehlt.

T-Latch

Solange der JK-Latch-Eingang kurzgeschlossen ist, kann sich ein T-Latch bilden. Der T-Latch funktioniert auf diese Weise, wenn der Eingang des Latchs hoch ist, und der Ausgang wird dann umgeschaltet.

 

Flipflop-Typen

• SR-Flipflop
• JK-Flipflop
• D-Flipflop
• T-Flipflop

 

Abbildung 9: SR-Flipflop

Abbildung 10: JK Flip Flop

Abbildung 11: D-Flip Flop

Abbildung 12: T Flip Flop

SR-Flipflop

Der in digitalen Systemen am häufigsten anzutreffende Flipfloptyp ist das SR-Flipflop. Bei einem SR-Flipflop ist der Ausgang Y hoch und Y' niedrig, wenn der gesetzte Eingang „S“ wahr ist. Die Beibehaltung der Schaltungsverdrahtung ist wichtig, nachdem die Ausgänge konstruiert wurden. Wir halten die Verdrahtung aufrecht, bis der Setz- oder Reset-Eingang hoch ist oder der Strom abgeschaltet wird.

JK Flip Flop

Der Nachteil des SR-Flipflops, undefinierbare Zustände zu haben, wird durch das JK-Flipflop überwunden. Das JK-Flipflop wird durch Veränderung des SR-Flipflops hergestellt. Durch Verbesserung des SR-Flipflops wird das JK-Flipflop möglich. Wenn sowohl S- als auch R-Eingänge auf True gesetzt sind, macht das SR-Flipflop einen Fehler. Das JK-Flipflop liefert jedoch die gewünschten Ergebnisse.

D-Flipflop

Das D-Typ-Flip-Flop behebt eines der Hauptprobleme der primären SR-NAND-Gatterschaltung, nämlich die Tatsache, dass es die Eingangszustände SET = "0" und RESET = "0" nicht zulässt. Dieser Zustand überschreibt den Rückkopplungs-Latch-Vorgang und zwingt beide Ausgänge auf logisch „1“, und der Eingang, der zuerst den Logikpegel „1“ erreicht, verliert die Kontrolle, während der Eingang, der noch auf logisch „0“ ist, den Endzustand des Latchs steuert.

T-Flip-Flop

Es wird das T Flip Flop verwendet, das gleiche wie das JK Flip Flop. Im Gegensatz zu JK Flip Flops haben T Flip Flops nur einen Takteingang. Das T Flip Flop wird erzeugt, indem beide Eingänge des JK Flip Flops zu einer einzigen Information zusammengeführt werden. Das T Flip Flop wird auch als Toggle Flip Flop bezeichnet. Diese T Flip Flops können das Komplement ihres Zustands finden.

 

Vor- und Nachteile von Flip-Flop und Latches

Vor- und Nachteile von Latches

Vorteile von Latches:

Die Form des Latches ist recht kompakt und nimmt weniger Platz ein.

Latch-basierte Schaltkreise nutzen geliehene Zeit, um Operationen abzuschließen, wenn sie nicht in einer vorgegebenen Zeitspanne abgeschlossen werden.

Verglichen mit Flip-Flop-Schaltkreisen bieten Latches eine aggressive Taktung.

Im Vergleich zu Flip-Flops ist das Latch-Design weitaus vielseitiger.

Latch-Geräte verbrauchen weniger Energie.

Da sie asynchron ausgelegt sind und kein CLK-Signal benötigen, ist die Latch-Leistung in Hochgeschwindigkeitsschaltungen schnell.

Nachteile von Latches:

Pegelsensitivität erschwert die Analyse der Schaltung.

Zum Testen der Schaltung kann eine zweite CAD-Anwendung verwendet werden.

Diese sind weniger wahrscheinlich, da die Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie sich auf den Race Condition auswirken.

Es besteht die Möglichkeit einer Metastabilität, wenn ein Latch pegelsensitiv ist. empfindlich.

 

Vor- und Nachteile von Flipflops

Vorteile von Flipflops:

Um dies zu verhindern, ist es wichtig, Abschirmung und Filterung zu verwenden, um die Rauschmenge in einem System zu reduzieren.

Wenn ein System zu viel Rauschen ausgesetzt ist, kann ein Flipflop zufällig den Zustand wechseln, was zu einem Systemausfall führen kann.

Flipflops haben eine Reihe von Nachteilen, einer davon ist ihre Anfälligkeit für Rauschen.

Nachteile von Flipflops:

Mit Flip-Flops lassen sich komplexe Wellenformen erzeugen und sie können auch Zeitsignale liefern.

Um den Datenfluss in einem System zu steuern, können Flip-Flops auch zum Speichern von Daten in den Registern eines Systems verwendet werden.

Flip-Flops haben den großen Vorteil, dass sie Daten auch bei ausgeschalteter Stromversorgung speichern können. Sie können daher zum Speichern von Daten im Speicher verwendet werden.

 

Flip-Flop vs. Latches-Anwendungen

Flip-Flop-Anwendungen

• Die Flip-Flop-Schaltung wird hauptsächlich im Speicher verwendet.
• Schalter zur Prellbeseitigung
• Register
• Zähler
• Frequenzteilung
• Datenspeicherung und -transport

 

Latches-Anwendungen

• Schaltungen wie Power-Gating und Uhren verwenden Latches als Speichermechanismus.
• D-Latches können mit Eingangs- oder Ausgangsports verwendet werden, die asynchrone Systeme sind.
• In synchronen Zweiphasensystemen werden Datenlatches verwendet, um die Transitanzahl zu senken.
• Latches werden typischerweise verwendet, um den Zustand der Bits beizubehalten, die zur Kodierung binärer Zahlen verwendet werden.
• Latches sind Einzelbit-Komponenten, die häufig in der Datenspeicherung und -berechnung verwendet werden.

 

Flip-Flop- vs. Latches-Schaltung und Wahrheitstabelle

Abbildung 13: Flip-Flop-Schaltung

Abbildung 13: Flip-Flop Wahrheitstabelle

Abbildung 14: Latch-Schaltkreis

Abbildung 15: Latch-Wahrheitstabelle

Flip-Flop-Schaltung	Flip-Flop-Wahrheitstabelle
Latches-Schaltung	Latches-Wahrheitstabelle

 

Flip-Flop vs. Latches

Latches	Flip-Flop
An den Taktdomänenübergängen in der Scan-Kette erfordert DFT Latches als Sperrzustand, um ein unberechenbares Verhalten zu verhindern.	Verwenden Sie scannbare Flops in DFT (steuerbar und beobachtbar).
Erhöhung der Menge an manuellen Berechnungen und Tool-Kontrolle, die erforderlich ist, um die Einhaltung der Zeit zu garantieren.	Die Überprüfung des Design-Timings ist einfach, wenn das statische Timing Es werden Tools für die Zyklusausleihe (STA) verwendet.
Zyklusausleihe, bei der davon ausgegangen wird, dass jede Schleife einen vollständigen Zyklus lang ausgeführt wird, erhöht die Einrichtungszeit für den folgenden Registerschritt. Zeitliche Fehlanpassungen werden von Designern berücksichtigt, die Latches als mögliche Lösung in Betracht ziehen.	Es startet an einer steigenden Flanke, daher müssen die Daten vor der nächsten steigenden Flanke eingerichtet werden. Wenn es zu spät ist, bricht das System zusammen. Selbst wenn es früh eintrifft, wird Zeit wegen der gezackten Kanten der Flops vergeudet.
Die hochempfindlichen Latches sind auf ein Aktivierungssignal angewiesen, um zu funktionieren.	Flip-Flops sind flankenempfindlich.
Bei ASICs mit starker Taktabweichung reduziert das Latching die Taktperiode erheblich.	Da sie nicht transparent sind, wird der Effekt der Taktabweichung selbst bei hochgeschwindigkeitsgepulsten Flip-Flops mit null Rüstzeit nicht verringert.
Sequentielle Schaltungsbausteine, sogenannte Latches, können mithilfe von Logikgattern hergestellt werden.	Flip-Flops sind ein gängiges Bauelement in sequentiellen Schaltungen, obwohl Latches auch verwendet werden können, um Flipflops.
Der Latch ist ein asynchroner Block. Daher ist es wichtig sicherzustellen, dass die kombinatorischen Funktionen, die die Eingangssignale an den Latch liefern, wettlauffrei sind. Andernfalls könnten sie Fehler erzeugen, die zum Latch führen und Ihr System gefährden könnten.	Flipflops hingegen erfahren nur dann Zustandsänderungen, wenn ein Steuersignal von hoch auf niedrig oder von niedrig auf hoch wechselt.
Der Pegel des Latchs, der ein binärer Eingang von entweder 1 oder 0 ist, beeinflusst sowohl den Ausgang des aktuellen Zustands als auch den Eingang des folgenden Zustands.	Wenn sich der Taktimpuls ändert, der entweder positiv (+ve) oder negativ (-ve) sein kann, ändern sich auch der nächste Zustandseingang und -ausgang eines Flipflops.

 

Fazit zu Flip-Flop vs. Latches

Flip-Flop ist synchron, Latches jedoch asynchron. Flip-Flops sind flankenempfindlich, Latches jedoch extrem empfindlich und verwenden ein Aktivierungssignal. Ein Latch und ein Flip-Flop unterscheiden sich außerdem darin, dass ein Latch seinen Zustand ändern kann, wenn sich seine Eingänge ändern, während ein Flip-Flop dies nur tun kann, wenn sich ein Steuersignal von hoch auf niedrig oder von niedrig auf hoch ändert. Ein Latch wird pegelgesteuert ausgelöst, während ein Flip-Flop flankengesteuert wird. Latch-Überlegungen müssen ein ständiger Teil Ihres Designs sein.