模拟IC设计原理图2：寄存器的原理和电路原理图介绍

寄存器分为锁存器、触发器；是数字和模拟电路中的核心之一。为了便于快速理解，在这里我们只以D锁存器和D触发器的功能来介绍寄存器的工作原理。一般性的定义可在百度百科搜索关键词：寄存器。

下面我们将介绍具体地介绍 存储单元，传输门结构锁存器，逻辑门结构锁存器，差分信号锁存器；通过锁存器实现寄存器。

存储单元

在具体介绍寄存器原理图之前，我们先来看一个存储信息的单元。这里我们提到的存储单元是构建一条回路来存储信息，使得信号的信息始终保持在单元内，即这个储存单元内储存了一个高电平信号或者是低电平信号。

存储单元

这个电路，我们可以这样来理解，如果一开始我们在电路的左端输入一个高电平，那么通过反相器，右边的电路是低电平信号，然后右边的低电平信号通过下面的反相器在返回左端电路，信号又变成了高电平信号，电路稳定后，我们撤去外加的初始电平，我们会发现电路会稳定。稳定的原因如下：

1.电路中两个反相器都是接有电源的，撤去外加信号后电路还是有稳定供电，通过反相器后输出电信号的电源来源于反相器上面接的电源。

2.每个反相器内部都是两个MOS管，我们知道MOS管内部是有寄生电容的，在电压传输的过程中，由于寄生电容的存在，电压的变化以充放电的形式出现，电压是连续变化的，因此经过一个反相器都需要一定的时间，当然这个时间很短，不然就没有当今我们这么快速便捷的计算机了。虽然时间很短，但是也起到了一个缓冲的作用，由此这个电路我们可以理解成一条跑道，电信号在里面循环往复地跑圈。由此实现了电信号的存储，我们用的计算机和手机中的RAM用的就是这类存储单元。

传输门结构锁存器

要实现D锁存器和D触发器的功能，我们首先要来分析实现这些功能所需要的电路逻辑。

传输门正好就是这样一个开关，其内部是由两个MOS管组成，结构如下：

GND端连接低电平、VDD端连接高电平时，传输门开关导通

传输门：CLK高电平导通，低电平关闭

考虑到不让CLK在低电平输入信号时，传输门内电路的左端电压有冲突，我们还在存储单元中加入了一个传输门做开关控制，当CLK低电平时，输入端传输门打开，存储单元中的传输门关闭，输出等于输入。当CLK高电平时，输入端传输门关闭，存储单元中的传输门打开，信号保持不变；由此构成了一个D锁存器结构。

传输门结构D锁存器

逻辑门结构锁存器

通过或非门搭建的锁存器

这个电路原理图，我们首先来看右边红色框框住的两个或非门组成的电路结构，这样的结构是一个可输入信号的存储单元，也被称为RS锁存器。通过逻辑运算可见，红色框电路的真值表为：

差分信号锁存器

差分信号锁存器

通过锁存器实现寄存器

上升沿有效D触发器