为什么ICG Cell中使用锁存器(Latch)，而不使用触发器

下面是门控时钟（clock gating）的最简单实现方法（使用与门）：

从理论上讲，这是可行的：当使能信号Enable为高电平时，时钟将被传递到被门控的触发器FF2。

问题在于时序（timing）。在时钟的上升沿，触发器FF1的D输入传播到Q输出，但是时钟的同一上升沿也到达了与门，这会导致门控时钟出现毛刺现象。

因此，我们使用集成时钟门控（ICG）单元，该单元包含一个低电平敏感的锁存器

当时钟为低电平时，允许输入直接传播到与门的输入。此时时钟为低电平，所以与门的输出将为低电平，与使能输入无关。

但是，当时钟为高电平时，锁存器将关闭，并阻止Enable值的任何更改传播到AND门。这就不会产生毛刺。

当时钟再次变为低电平时，锁存器重新打开，新的使能值通过锁存器。

可以使用单独的门（锁存器和与门）构建这种类型的电路，但这需要在综合/后端/STA中进行一些额外的时序检查。

大多数ASIC库都提供一个标准的ICG单元，其中的时序已经在内部进行了描述。类似于触发器和锁存器，ICG单元的使能输入同样具有建立和保持时间要求，很容易进行时序分析。

那么为什么使用Latch-based ICG 而不使用Flip-Flop-based ICG呢？

如果使用的是上升沿触发的触发器，就会发生和一开始的clock gating设计一样的问题

如果使用的是下降沿触发的触发器代替低电平敏感的锁存器，在时钟的下降沿捕获使能输入。这样与门的使能输入会保持稳定，直到时钟的下一个下降沿。因此，解决了毛刺问题。

但是，这会带来三个问题：

1、触发器通常由两个锁存器组成。因此，Flip-Flop-basedICG相比Latch-based ICG面积增加了一倍。

2、Flip-Flop-based ICG相比Latch-based ICG增加了功耗

3、最重要的是，Flip-Flop-based ICG在时钟下降沿捕获使能输入，必须在半个时钟周期内完成。而使用锁存器，能够占用整个时钟周期（time borrow），因为Latch在有效电平是一直能够传播数据的，触发器只能在边沿传播数据。

因此，Latch-based ICG相比Flip-Flop-based ICG具有更好的功耗、面积和时序。

原文链接：为什么ICG Cell中使用锁存器(Latch)，而不使用触发器(Flip Flop)？ - 知乎 (zhihu.com)