数字IC设计中为什么要避免锁存器(Latches)

上学时，老师说判断语句要把条件写全，不然会生成锁存器，做项目时又说多比特寄存器信号的赋值一定要加if条件，不让出现else的赋值。就很矛盾，本文主要讲下什么是锁存器，什么情况下会出现锁存器，以及锁存器的危害

一、什么是锁存器？

锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态【1】。换句话说，如果一个模块的只有在特定电平的作用下，才会将输入信息更新到他的输出引脚，否则该模块的输出将保持不变，那么这个模块就可以被看成是一个锁存器。

常见的S-R寄存器的结构如下所示：

真值表为

由于S，R为00时，可以使输出Q保持不变，从而达到用组合逻辑来实现存储的目的；

二、什么情况下会出现锁存器？

时序逻辑由于寄存器的存在，因此不需要锁存器来存储数据；而组合逻辑的条件未给全时则会出现锁存器；

比如

always@(*)
	if(vld)
		a = b;
1
2
3

这时由于没有写vld为0的情况，因此不会例化成二选一的选择器，而是会例化出锁存器，达到当vld为0时，保持数据不变的存储功能；

三、为什么要避免出现锁存器？

锁存器有以下缺点：

• 不能异步复位，在上电后处于不确定的状态。
• 锁存器会使静态时序分析变得非常复杂；
• 如果是FPGA上的搭建电路的话，由于FPGA中基本的单元是由查找表和触发器组成的，若生成锁存器反而需要更多的资源；
• 锁存器对毛刺敏感，会造成电路的不稳定（这一点我没想明白，例化成选择器就能解决这个问题吗？？）

参考资料

【1】 锁存器_360百科 (so.com)
【2】 CSDN: FPGA学习之latch的产生原因、危害与避免措施_B_AKING的博客-CSDN博客_产生latch的原因
【3】CSDN: 锁存器，D触发器和寄存器的关系与区别