¿Cuál es el propósito de una puerta intermedia?

Se utilizan búferes siempre que necesite … bueno … un búfer. Como en el significado literal de la palabra. Se utilizan cuando necesita almacenar en búfer la entrada de la salida. Hay innumerables formas de utilizar un búfer. Hay búferes de puertas lógicas digitales, que son de paso lógico, y hay búferes analógicos, que actúan como pasos de paso pero para un voltaje analógico. Esto último está fuera del alcance de su pregunta, pero si tiene curiosidad, busque «seguidor de voltaje».

Entonces, ¿cuándo o por qué usaría uno? Al menos cuando el búfer más simple y barato de todo, ¿hay un cable / traza de cobre disponible?

Aquí hay algunas razones:

1. Aislamiento lógico. La mayoría de los búferes tienen un pin ~ OE o similar, un pin de habilitación de salida. Esto le permite convertir cualquier línea lógica en una triestado. Esto es especialmente útil si desea poder conectar o aislar dos buses (con búferes en ambos sentidos si es necesario), o tal vez solo un dispositivo. Un búfer, que es un búfer entre esas cosas, le permite hacer eso.

2. Conversión de nivel. Muchos búferes permiten que el lado de salida se alimente con un voltaje diferente al de entrada. Esto tiene usos obvios para traducir niveles de voltaje.

3. Digitalización / repetición / limpieza. Algunos búferes tienen histéresis, por lo que pueden tomar una señal que se esfuerza mucho por ser digital, pero que simplemente no tiene tiempos de subida muy buenos o no funciona bien con los umbrales o lo que sea, y límpialo y conviértelo en una señal digital agradable, nítida y de bordes limpios.

4. Aislamiento físico Tienes que enviar una señal digital más lejos de lo que deseas, las cosas son ruidosas y un búfer es un excelente repetidor. En lugar de un pin GPIO en el extremo receptor con un pie de traza de PCB conectado a él, actuando como una antena, inductor y condensador y literalmente vomitando cualquier ruido y horror que quiera directamente en la boca abierta de ese pobre pin, usted use un búfer. Ahora el pin GPIO solo ve el rastro entre él y el búfer, y los bucles de corriente están aislados. Diablos, incluso puede terminar la señal correctamente ahora, como con una resistencia de 50Ω (o lo que sea), porque tiene un búfer en el extremo de transmisión también y puede cargarlos de una manera que nunca podría cargar un pequeño pin µC.

5. Conducir cargas. Su fuente de entrada digital es de alta impedancia, demasiado alta para interactuar con el dispositivo que desea controlar. Un ejemplo común podría ser un LED. Por lo tanto, utiliza un búfer. Selecciona uno que pueda conducir, digamos, un considerable 20mA fácilmente, y maneja el LED con el búfer, en lugar de la señal lógica directamente.

Ejemplo: desea indicaciones de estado en LED en algo como un bus I2C, pero agregar LED directamente a las líneas I2C causaría problemas de señalización. Entonces usa un búfer.

6. Sacrifica . Los búferes suelen tener varias funciones de protección, como protección ESD, etc. Y a menudo no las tienen. Pero de cualquier manera, actúan como un amortiguador entre algo y otra cosa. Si tiene algo que podría experimentar algún tipo de condición transitoria que podría dañar algo, coloque un búfer entre esa cosa y la fuente transitoria.

Dicho de otra manera, a los chips les encanta explotar casi tanto como a los semiconductores . Y la mayoría de las veces, cuando algo sale mal, los chips explotan. Sin búferes, a menudo, cualquier transitorio que haga estallar chips de izquierda a derecha se adentrará profundamente en su circuito y destruirá un montón de chips a la vez. Los búferes pueden prevenir eso. Soy un gran admirador del búfer de sacrificio.Si algo va a explotar, preferiría que sea un búfer de 50 ¢ y no un FPGA de $ 1000.

Esas son algunas de las razones más comunes que se me ocurren. «Estoy seguro de que hay otras situaciones, tal vez obtenga más respuestas con más usos. Creo que todos estarán de acuerdo en que los búferes son tremendamente útiles, incluso si a primera vista parecen bastante inútiles.

Comentarios

• Y puede obtener ese búfer de 50 centavos en un DIP y ponerlo en un enchufe, de modo que cuando sea sacrificado a los dioses del humo azul mágico, ‘ s solo es cuestión de sacarlo y colocar uno nuevo;)
• También se puede usar el búfer para sincronizar 2 señales mediante la introducción de retardo.
• Su respuesta debe incluir el caso de OP ‘ s: por lo que la siguiente etapa ‘ s impedancia de entrada no es ‘ t en paralelo con R1, cambiando el comportamiento de Q1.
• +1: gran respuesta y muchas referencias información en un solo lugar! Solo un detalle: » los búferes tienen histéresis » deben reemplazarse por algo como » algunos búferes tienen histéresis «. Aquellos que no ‘ t pueden incluso usarse para aumentar las señales analógicas.
• @LorenzoDonati Nitpicking siempre es bienvenido, al igual que las ediciones. Hago todo lo posible para dar buenas respuestas, pero nadie es perfecto, así que agradezco mucho que otras personas se tomen el tiempo para corregir cualquier error o problema. Y usted ‘ tiene toda la razón, solo ciertos búferes tienen histéresis. Yo ‘ actualizaré la respuesta en consecuencia, ¡gracias! 🙂

Las puertas de búfer simples tienen algunas aplicaciones:

• En los viejos tiempos, había un abanico limitado de una salida lógica, cuando se alimentaba a múltiples entradas posteriores. Si mal no recuerdo, fue alrededor de 5 para TTL LS. Entonces, si usó una salida para alimentar más de 5 entradas, los niveles lógicos ya no estaban garantizados. Puede utilizar búferes para resolver este problema. Cada búfer podría alimentar otras 5 entradas (con un pequeño retraso involucrado). Ahora, con CMOS, ya no es realmente relevante, el fanout es órdenes de magnitud mayor y nunca es un problema.
• Puede usarse para «amplificar» una señal débil. Si la señal tiene una impedancia muy alta y desea utilizarla como entrada de un circuito que tiene una impedancia de entrada baja, los niveles lógicos no estarían dentro de las especificaciones. Tal vez este sea el uso en su ejemplo específico.
• Se puede usar como una pequeña línea de retardo.
• Por lo general, el búfer tiene una entrada de disparo schmitt (pero luego usualmente dibujamos un pequeño signo de «histéresis»: ⎎ en el triángulo del búfer, y parece que no es tu caso). Entonces, si el nivel lógico está entre alto y bajo, la salida aún está definida de manera predecible (permanece en el nivel que está). Esto tiene muchos usos cuando se interconectan señales analógicas (por ejemplo, provenientes de sensores) con entradas digitales.

Aparte de eso, no hay muchos usos de él. En realidad, es por eso que no los encontramos fácilmente.

Comentarios

• La amplificación es correcta. De hecho, esa es la función en ambos tus dos primeras balas. No es una coincidencia que un búfer digital use el símbolo de triángulo vacío de los amplificadores. Funcionan como un amplificador de corriente de voltaje limitado (con una ganancia muy no lineal). Esa es la misma función y un búfer de voltaje analógico (como un opamp configurado como seguidor de voltaje). La diferencia es que los búferes digitales generalmente admiten solo dos niveles de voltaje de salida, por lo que también tienen una ganancia de voltaje no lineal.
• El » buffer » es de hecho un opamp en una configuración de ganancia unitaria. Una compuerta se usa generalmente para cargas más pequeñas, o para mejorar el borde lógico desde su disparador schmidt integrado , ya que la lógica estándar puede acomodar fácilmente una carga de pocos mA.
• El abanico es un uso importante. Gracias por mencionarlo.

Los búferes se utilizan cuando se necesitan para cumplir con requisitos no funcionales, a menudo velocidad (o impedancia de entrada / salida, que afecta la velocidad). Un circuito abstraído a menudo no muestra suficientes detalles para apreciar esta necesidad. En su circuito, R1 puede ser demasiado alto para conducir lo que esté conectado a la salida a bajo de una manera rápida y confiable.

Otra razón podría ser que el búfer contiene protección de salida (limitación de corriente, protección ESD).