它们与D触发器的内部结构有关系。D触发器的内部是一个主从锁存器(master-slave latch),一个常见的D触发器结构如下图所示
![](https://img.kancloud.cn/eb/4c/eb4cf4648dc0e4d176e6e7272eae9a58_564x185.png)
Latch能够存储住状态,靠的是上面的背靠背的反相器。而这个背靠背的反相器能够锁住状态是需要时间的。由此,我们可以分析出
setup time: 在clk的上升沿到来之前,D要传输到Z的时间。因为当Z的值还没有稳定的时候,D如果变化,那么这个背靠背的反相器就无法锁住值。
hold time: 第一个传输门关闭需要的时间,在传输门关闭期间,D->W要保持稳定,这样在传输门关闭之后,W稳定才不会导致背靠背反相器锁住的值发生变化。
所以我们可以看出,当D在setup/hold time window内发生变化,锁存器可能无法锁住一个稳定的值,会发生的结果是
* Q的值可能不是正确的D
* 随着D的变化越靠近时钟沿,Q变稳定的时间越长
* 最后Q稳定到的值可能是随机的
注意我们并不是说Q最后的值不是稳定的1或者0, Q的值最后一定会稳定下来,稳定在高电平或者低电平,这是由于背靠背的反相器会产生正反馈,最终一定会稳定下来。但是当这个稳定的时间超出了clk-to-q的限制,我们就说产生了亚稳态。
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