Was ist der Zweck eines Puffergatters?

Es werden Puffer verwendet wann immer Sie … nun … einen Puffer benötigen. Wie in der wörtlichen Bedeutung des Wortes. Sie werden verwendet, wenn Sie die Eingabe von der Ausgabe puffern müssen. Es gibt unzählige Möglichkeiten, einen Puffer zu verwenden. Es gibt digitale Logikgatterpuffer, die logisch Passthroughs sind, und es gibt analoge Puffer, die als Passthroughs dienen, jedoch für eine analoge Spannung. Letzteres liegt außerhalb des Rahmens Ihrer Frage, aber wenn Sie „neugierig“ sind, suchen Sie nach „Spannungsfolger“.

Wann oder warum sollten Sie einen verwenden? Zumindest wenn der einfachste und billigste Puffer von allen ist ein Kupferdraht / eine Kupferverfolgung leicht verfügbar?

Hier einige Gründe:

1. Logische Isolierung. Die meisten Puffer haben einen ~ OE-Pin oder ähnliches, einen Ausgangsfreigabepin. Auf diese Weise können Sie jede Logikleitung in eine Tristate-Leitung umwandeln. Dies ist besonders nützlich, wenn Sie dies möchten Verbinden oder isolieren Sie zwei Busse (bei Bedarf mit Puffern in beide Richtungen) oder möglicherweise nur ein Gerät. Mit einem Puffer, der ein Puffer zwischen diesen Dingen ist, können Sie dies tun.

2. Pegelumsetzung. Bei vielen Puffern kann die Ausgangsseite von einer anderen Spannung als die Eingangsseite gespeist werden. Dies hat offensichtliche Verwendungsmöglichkeiten für die Übersetzung von Spannungspegeln.

3. Digitalisierung / Wiederholung / Bereinigung. Einige Puffer haben eine Hysterese, so dass sie ein Signal empfangen können, das sich wirklich bemüht, digital zu sein, aber keine sehr guten Anstiegszeiten hat oder nicht richtig mit Schwellenwerten oder was auch immer spielt, und Bereinigen Sie es und verwandeln Sie es in ein schönes, scharfes, sauberes digitales Signal.

4. Physische Isolation Sie müssen ein digitales Signal weiter senden, als Sie möchten, die Dinge sind verrauscht und ein Puffer ist ein großartiger Repeater. Anstelle eines GPIO-Pins am Empfangsende, an den ein Fuß Leiterplattenspur angeschlossen ist, der als Antenne, Induktor und Kondensator fungiert und buchstäblich alles erbricht, was auch immer das verdammte Geräusch und die Schrecklichkeit sein mag, direkt in den klaffenden Mund dieses armen Pins, Sie Verwenden Sie einen Puffer. Jetzt sieht der GPIO-Pin nur noch die Spur zwischen ihm und dem Puffer, und die Stromschleifen sind isoliert. Heck, Sie können das Signal jetzt sogar richtig beenden, wie bei einem 50Ω-Widerstand (oder was auch immer), weil Sie einen haben Puffer auch auf dem Sendeende und können sie auf eine Weise laden, wie Sie niemals einen schwachen kleinen µC-Pin laden könnten.

5. Lasten treiben. Ihre digitale Eingangsquelle ist hochohmig und zu hoch, um tatsächlich mit dem Gerät verbunden zu werden, das Sie steuern möchten. Ein häufiges Beispiel könnte eine LED sein. Sie verwenden also einen Puffer. Sie wählen einen aus, der fahren kann. Sagen wir, es sind mühelose 20 mA, und Sie steuern die LED mit dem Puffer anstelle des Logiksignals direkt an.

Beispiel: Sie möchten Statusanzeigen an LEDs an so etwas wie einem I2C-Bus, aber das Hinzufügen von LEDs direkt zu den I2C-Leitungen würde Signalisierungsprobleme verursachen. Sie verwenden also einen Puffer.

6. Opfere . Puffer haben oft verschiedene Schutzfunktionen wie ESD-Schutz usw. Und oft nicht. Aber so oder so fungieren sie als Puffer zwischen etwas und etwas anderem. Wenn Sie etwas haben, bei dem ein vorübergehender Zustand auftreten könnte, der etwas beschädigen könnte, legen Sie einen Puffer zwischen dieses Ding und die vorübergehende Quelle.

Anders ausgedrückt: Chips lieben es, fast genauso zu explodieren wie Halbleiter . Und die meiste Zeit, wenn etwas schief geht, explodieren Chips. Ohne Puffer greift oft jeder Übergang, der die Chips nach links und rechts knallt, tief in Ihren Schaltkreis und zerstört eine Reihe von Chips auf einmal. Puffer können das verhindern. Ich bin ein großer Fan des Opferpuffers.Wenn etwas explodieren sollte, wäre es mir lieber, wenn es ein 50 ¢ -Puffer und kein 1000-Dollar-FPGA wäre.

Dies sind einige der häufigsten Gründe, an die ich auf Anhieb denken könnte „Ich bin sicher, es gibt andere Situationen, vielleicht erhalten Sie mehr Antworten mit mehr Verwendungszwecken. Ich denke, jeder wird zustimmen, dass Puffer schrecklich nützlich sind, auch wenn sie auf den ersten Blick ziemlich sinnlos erscheinen.

Kommentare

• Und Sie können diesen 50-Cent-Puffer in einem DIP erhalten und in einen Sockel stecken, damit er wenn er den Göttern des magischen blauen Rauchs geopfert wird, ‚ ist nur eine Frage des Herausspringens und Einsteckens eines neuen;)
• Auch Puffer kann verwendet werden, um 2 Signale durch Einführen einer Verzögerung zu synchronisieren.
• Ihre Antwort sollte den Fall OP ‚ enthalten: Die Eingangsimpedanz der nächsten Stufe ‚ ist also nicht ‚ t parallel zu R1, wodurch das Verhalten von Q1 geändert wird.
• +1: großartige Antwort und viele Referenzen Infos nur an einem Ort! Nur ein Trottel: “ Puffer haben Hysterese “ sollte durch etwas wie “ Einige Puffer haben eine Hysterese „. Diejenigen, die ‚ t nicht verwenden, können sogar zum Verstärken von analogen Signalen verwendet werden.
• @LorenzoDonati Nitpicking ist ebenso willkommen wie Änderungen. Ich gebe mein Bestes, um gute Antworten zu geben, aber niemand ist perfekt. Ich schätze es sehr, wenn sich andere Leute die Zeit nehmen, Fehler oder Probleme zu korrigieren. Und Sie ‚ haben absolut Recht, nur bestimmte Puffer haben eine Hysterese. Ich ‚ werde die Antwort entsprechend aktualisieren, danke! 🙂

Einfache Puffergatter haben einige Anwendungen:

• In früheren Zeiten gab es ein begrenztes Fan-Out eines Logikausgangs, wenn es mehreren nachfolgenden Eingängen zugeführt wurde. Wenn ich mich richtig erinnere, war es ungefähr 5 für TTL LS. Wenn Sie also einen Ausgang verwendet haben, um mehr als 5 Eingänge zu speisen, wurden die Logikpegel nicht mehr garantiert. Sie können Puffer verwenden, um dieses Problem zu lösen. Jeder Puffer könnte weitere 5 Eingänge speisen (mit einer kleinen Verzögerung). Mit CMOS ist es jetzt nicht mehr wirklich relevant, der Fanout ist um Größenordnungen größer und es ist nie ein Problem.
• Es kann verwendet werden, um ein schwaches Signal zu „verstärken“. Wenn das Signal eine sehr hohe Impedanz hat und Sie es als Eingang einer Schaltung mit niedriger Eingangsimpedanz verwenden möchten, liegen die Logikpegel nicht innerhalb der Spezifikationen. Möglicherweise ist dies die Verwendung in Ihrem speziellen Beispiel.
• Es kann als kleine Verzögerungsleitung verwendet werden.
• Normalerweise hat der Puffer einen Schmitt-Trigger-Eingang (aber wir zeichnen dann normalerweise ein kleines „Hysterese“ -Zeichen: ⎎ im Pufferdreieck und es scheint, dass es nicht dein Fall ist). Wenn also der Logikpegel zwischen hoch und niedrig liegt, ist der Ausgang immer noch vorhersehbar definiert (er bleibt auf dem Pegel, der er ist). Dies wird häufig verwendet, wenn analoge Signale (z. B. von Sensoren) an digitale Eingänge angeschlossen werden.

Abgesehen davon gibt es nicht viele Verwendungsmöglichkeiten. Deshalb finden wir diese eigentlich nicht leicht.

Kommentare

• Die Verstärkung ist genau richtig. In der Tat ist dies die Funktion in beiden Ihre ersten beiden Aufzählungszeichen. Es ist kein Zufall, dass ein digitaler Puffer das leere Dreiecksymbol von Verstärkern verwendet. Sie fungieren als spannungsbegrenzter Stromverstärker (mit sehr nichtlinearer Verstärkung). Dies ist die gleiche Funktion und Analoger Spannungspuffer (wie ein als Spannungsfolger konfigurierter Operationsverstärker). Der Unterschied besteht darin, dass digitale Puffer normalerweise nur zwei Ausgangsspannungspegel unterstützen und daher auch eine nichtlineare Spannungsverstärkung aufweisen.
• Die traditionelle tatsächliche “ buffer “ ist in der Tat ein Operationsverstärker in der Konfiguration der Einheitsverstärkung. Ein Gate wird normalerweise für kleinere Lasten oder zur Verbesserung der Logikflanke von ihrem integrierten Schmidt-Trigger verwendet , da die Standardlogik leicht eine Last von einigen mA aufnehmen kann.
• Auffächern ist eine wichtige Verwendung. Vielen Dank für die Erwähnung.

Puffer werden bei Bedarf verwendet, um nicht funktionale Anforderungen zu erfüllen, häufig Geschwindigkeit (oder Eingangs- / Ausgangsimpedanz, die die Geschwindigkeit beeinflusst). Eine abstrahierte Schaltung zeigt oft nicht genügend Details, um diesen Bedarf zu erkennen. In Ihrer Schaltung ist R1 möglicherweise zu hoch, um alles, was an den Ausgang angeschlossen ist, schnell und zuverlässig auf niedrig zu bringen.

Ein weiterer Grund Möglicherweise enthält der Puffer einen Ausgabeschutz (Strombegrenzung, ESD-Schutz).