D触发器有多种实现方式，下面以常见的上升沿触发的CMOS D触发器为例介绍其原理图，它通常由传输门、反相器等基本逻辑门电路构成。

原理图结构

• 数据输入部分：包含一个数据输入端D，用于接收待存储的数据信号。

• 时钟控制部分：时钟信号CLK控制D触发器的数据采样时刻，本例为上升沿触发，当时钟信号从低电平跳变到高电平时，触发器对输入数据进行采样。

• 主从结构：一般采用主从结构，由主触发器和从触发器组成。主触发器在时钟的某个半周期（如低电平期间）接收输入数据，从触发器在时钟的另一个半周期（如高电平期间）根据主触发器的状态更新输出。

• 输出部分：有两个互补的输出端Q和Q，Q为正常输出，Q为反相输出，且满足Q和Q始终保持相反的逻辑状态。

以下是一个简化的CMOS上升沿D触发器原理图示意（实际电路会更复杂，涉及多个晶体管）：

D触发器工作原理

状态定义

• D：数据输入端，其电平状态表示要存储的数据，可以是高电平（逻辑“1”）或低电平（逻辑“0”）。

• CLK：时钟输入端，用于控制D触发器的数据采样和状态更新时刻。

• Q和Q：输出端，Q为正常输出，Q为反相输出，且Q和Q始终互补。

工作过程（以上升沿触发为例）

1. 时钟低电平阶段

• 主触发器处于数据接收状态，从触发器保持原来的状态不变。

• 传输门根据时钟信号控制数据的传输。当时钟CLK为低电平时，与主触发器相关的传输门导通，数据D可以传输到主触发器中，主触发器记录下当前的D值。但由于时钟信号的限制，从触发器不响应主触发器的状态变化，输出Q和Q保持原来的值。

• 例如，假设初始状态Q=0，Q=1，若此时D=1，主触发器会记录下D=1的状态，但从触发器输出不变，Q仍为0，Q仍为1。

2. 时钟上升沿到来时刻

• 当时钟信号CLK从低电平跳变到高电平的瞬间（上升沿），主触发器将当前存储的数据传递给从触发器。

• 传输门的状态发生改变，使得主触发器的输出能够驱动从触发器。从触发器根据主触发器传递过来的数据更新自己的状态，输出Q和Q发生变化。

• 继续上面的例子，在时钟上升沿，主触发器将记录的D=1状态传递给从触发器，从触发器更新状态，使Q=1，Q=0。

3. 时钟高电平阶段

• 主触发器不再接收新的数据输入，保持时钟上升沿时刻的数据状态。

• 从触发器也保持更新后的状态不变，直到下一个时钟上升沿到来。

• 例如，在时钟高电平期间，无论D如何变化，Q和Q都保持Q=1，Q=0的状态。

4. 时钟下降沿到来时刻

• 时钟下降沿对上升沿触发的D触发器没有影响，主从触发器的状态保持不变。

特性总结

• 单数据输入：D触发器只有一个数据输入端D，其输出状态在时钟上升沿（或下降沿，取决于触发方式）跟随输入数据D的状态变化。

• 边沿触发：只在时钟信号的特定边沿（上升沿或下降沿）对输入数据进行采样和状态更新，具有较好的抗干扰能力，因为在一个时钟周期内，只要不出现时钟边沿的干扰，触发器的状态就不会改变。

• 记忆功能：D触发器能够存储一位二进制数据，其输出状态会一直保持到下一个时钟边沿到来，直到根据新的输入数据更新状态。