D觸發器為什么能對數據延遲一個時鐘周期

D觸發器在FPGA里用得很多，但我經常無法理解D觸發器為什么能對數據延遲一個時鐘周期（打一拍）。下面從信號處理的角度來談一下我的理解。如發現理解有誤，煩請留言指正。

D觸發器形如：

`timescale 1ns/1ps
module d_flip_flop(
input clk,
input rst_n,
input d,
output reg q
);

always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
q <= 1'b0;
end else begin
q <= d;
end
end
endmodule
時序圖如下：

解讀如下：

D觸發器在時鐘CLK上升沿采樣，數據D在建立保持時間Tsu和Th內需要穩定不變，否則出現亞穩態！我們在這個時間“窗口”內采樣到的數據即為D觸發器采樣到的數據，經過Tco（其中Tco < Th）的時間后，D觸發器就會輸出上述采樣到的數據D，并且該數據會保持一個時鐘周期T不變。

為什么會有延遲一個時鐘周期（打一拍）的效果呢？原因是，如果兩個D觸發器分別對D和D’這兩個數據采樣，則這兩個觸發器輸出的結果將會一致的，即均為上圖的Q！對比D’和Q會發現：Q比D’延遲了一個時鐘，所以才會說對信號D延遲了一個時鐘周期。

D觸發器是無法識別數據D在時鐘上升沿后肆意變化的那部分（因為D觸發器在非觸發沿時是保持輸出不變，而不會再采樣數據的），所以才導致在D觸發器看來D和D’是一模一樣的信號??！

最后，有如下結論：
1.數據D在建立保持時間窗口內必須保持穩定，D觸發器采樣到的就是該穩定數據。
2.D觸發器采樣后，經過Tco時間后即可輸出到Q
3.保持時間過后，如果數據變化了，D觸發器無法感知
4.Tco < Th，且 Th很小，均由fpga器件型號決定

根據前3條，我們可以在仿真時認為，D觸發器一直對CLK上升沿左邊的信號進行采樣，并保持一個時鐘周期T的時間，因為一直采樣的是前一刻（上一個T）數據D的值，并且保持T，所以長遠來看，D觸發器對數據D延遲了一個時間周期！