À quoi sert une porte tampon?

Des tampons sont utilisés chaque fois que vous avez besoin … eh bien … un tampon. Comme dans le sens littéral du mot. Ils sont utilisés lorsque vous avez besoin de tamponner lentrée de la sortie. Il existe dinnombrables façons dutiliser un tampon. Il existe des tampons de portes logiques numériques, qui sont des relais dans le sens logique, et il existe des tampons analogiques, qui agissent comme des relais, mais pour une tension analogique. Ce dernier est un peu en dehors de la portée de votre question, mais si vous « êtes curieux, recherchez » suiveur de tension « .

Alors, quand ou pourquoi en utiliseriez-vous un? Du moins quand le tampon le plus simple et le moins cher de tous, un fil de cuivre / trace est facilement disponible?

Voici quelques raisons:

1. Isolation logique. La plupart des tampons ont une broche ~ OE ou similaire, une broche dactivation de sortie. Cela vous permet de transformer nimporte quelle ligne logique en une ligne à trois états. Ceci est particulièrement utile si vous voulez pouvoir connectez ou isolez deux bus (avec des tampons dans les deux sens si nécessaire), ou peut-être juste un périphérique. Un tampon, étant un tampon entre ces choses, vous permet de le faire.

2. Traduction de niveau. De nombreux tampons permettent dalimenter le côté sortie à partir dune tension différente de celle du côté entrée. Cela a des utilisations évidentes pour traduire les niveaux de tension.

3. Numérisation / répétition / nettoyage. Certains tampons ont une hystérésis, donc ils peuvent prendre un signal qui essaie très fort dêtre numérique, mais qui nont pas de très bons temps de montée ou qui ne jouent pas tout à fait correctement avec les seuils ou autre, et nettoyez-le et transformez-le en un signal numérique agréable, net et net.

4. Isolation physique Vous devez envoyer un signal numérique plus loin que vous ne le souhaitez, les choses sont bruyantes et un tampon fait un excellent répéteur. Au lieu dune broche GPIO à lextrémité de réception ayant un pied de trace de carte PCB qui lui est connecté, agissant comme une antenne, un inducteur et un condensateur et vomissant littéralement quel que soit le bruit et lhorreur quil veut directement dans la bouche béante de cette pauvre broche, vous utiliser un tampon. Maintenant, la broche GPIO ne voit que la trace entre elle et le tampon, et les boucles de courant sont isolées. Heck, vous pouvez même terminer correctement le signal maintenant, comme avec une résistance de 50Ω (ou autre), car vous avez un tampon sur lextrémité de transmission aussi et peut les charger de manière que vous ne pourriez jamais charger une petite broche µC wimpy.

5. Conduire des charges. Votre source dentrée numérique est à haute impédance, trop élevée pour sinterfacer réellement avec lappareil que vous souhaitez contrôler. Un exemple courant peut être une LED. Vous utilisez donc un tampon. Vous en sélectionnez un qui peut piloter, disons, un lourd 20mA facilement, et vous conduisez la LED avec le tampon, au lieu du signal logique directement.

Exemple: Vous voulez des indications détat sur des LED sur quelque chose comme un bus I2C, mais lajout de LED directement aux lignes I2C entraînerait des problèmes de signalisation. Vous utilisez donc un tampon.

6. Sacrifiez . Les tampons ont souvent diverses fonctions de protection, comme la protection ESD, etc. Et souvent, ce nest pas le cas. Mais de toute façon, ils agissent comme un tampon entre quelque chose et autre chose. Si vous avez quelque chose qui pourrait rencontrer une sorte de condition transitoire qui pourrait endommager quelque chose, vous mettez un tampon entre cette chose et la source transitoire.

En dautres termes, les puces aiment exploser presque autant quelles aiment les semi-conducteurs . Et la plupart du temps, lorsque quelque chose ne va pas, les copeaux explosent. Sans tampons, le transitoire qui fait éclater des puces à gauche et à droite pénètre souvent profondément dans votre circuit et détruit un tas de puces à la fois. Les tampons peuvent empêcher cela. Je suis un grand fan du tampon sacrificiel.Si quelque chose devait exploser, je préférerais que ce soit un tampon de 50 ¢ et non un FPGA à 1 000 $.

Ce sont quelques-unes des raisons les plus courantes auxquelles je pourrais penser du haut de ma tête. I « je suis sûr quil y a dautres situations, peut-être que vous » obtiendrez plus de réponses avec plus dutilisations. Je pense que tout le monde conviendra que les tampons sont terriblement utiles, même si à première vue, ils semblent plutôt inutiles.

Commentaires

• Et vous pouvez obtenir ce tampon de 50 cents dans un DIP et le mettre dans un socket, de sorte que lorsquil est sacrifié aux dieux de la fumée bleue magique, il ‘ s il suffit de le faire apparaître et den gifler un nouveau;)
• Le tampon peut également être utilisé pour synchroniser 2 signaux en introduisant un délai.
• Votre réponse doit inclure le cas du OP ‘: donc limpédance dentrée de létape suivante ‘ est n ‘ t en parallèle avec R1, changeant le comportement de Q1.
• +1: bonne réponse et beaucoup de références info juste en un seul endroit! Juste un petit clic:  » les tampons ont une hystérésis  » doit être remplacé par quelque chose comme  » certains tampons ont une hystérésis « . Ceux qui ne ‘ t peuvent même être utilisés pour amplifier les signaux analogiques.
• @LorenzoDonati Nitpicking est toujours le bienvenu, tout comme les modifications. Je fais de mon mieux pour donner de bonnes réponses, mais personne nest parfait, donc japprécie beaucoup le fait que dautres personnes prennent le temps de corriger des erreurs ou des problèmes. Et vous ‘ avez tout à fait raison, seuls certains tampons ont une hystérésis. Je ‘ je mettrai à jour la réponse en conséquence, merci! 🙂

Les portes tampons simples ont quelques applications:

• Autrefois, il y avait une fan-out limitée dune sortie logique, lorsquelle était alimentée à plusieurs entrées ultérieures. Si je me souviens bien, cétait autour de 5 pour TTL LS. Donc si vous utilisiez une sortie pour alimenter plus de 5 entrées, les niveaux logiques nétaient plus garantis. Vous pouvez utiliser des tampons pour résoudre ce problème. Chaque tampon pourrait alimenter 5 autres entrées (avec un petit retard impliqué). Maintenant, avec CMOS, ce nest plus vraiment pertinent, le fanout est dun ordre de grandeur plus grand, et ce nest jamais un problème.
• Il peut être utilisé pour « amplifier » un signal faible. Si le signal a une impédance très élevée et que vous souhaitez lutiliser comme entrée dun circuit qui a une faible impédance dentrée, les niveaux logiques ne seraient pas dans les spécifications. Cest peut-être lutilisation dans votre exemple spécifique.
• Il peut être utilisé comme une petite ligne à retard.
• Habituellement, le tampon a une entrée de déclenchement schmitt (mais nous dessinons alors généralement un petit signe « hystérésis »: ⎎ dans le triangle du tampon, et il semble que ce ne soit pas votre cas). Donc, si le niveau logique est entre haut et bas, la sortie est toujours définie de manière prévisible (elle reste au niveau où elle se trouve). Cela a de nombreuses utilisations lors de linterfaçage de signaux analogiques (provenant par exemple de capteurs) avec des entrées numériques.

À part cela, il ny a pas beaucoup dutilisations. Cest pourquoi nous ne les trouvons pas facilement, en fait.

Commentaires

• Lamplification est juste sur la marque. En effet, cest la fonction dans les deux vos deux premières puces. Ce nest pas un hasard si un tampon numérique utilise le symbole triangle vide des amplificateurs. Ils fonctionnent comme un amplificateur de courant limité en tension (avec un gain très non linéaire). Cest la même fonction et un tampon de tension analogique (comme un amplificateur opérationnel configuré comme un suiveur de tension). La différence est que les tampons numériques ne prennent généralement en charge que deux niveaux de tension de sortie, donc ont également un gain de tension non linéaire.
• Le traditionnel  » buffer  » est en fait un ampli-op en configuration de gain unitaire. Une porte est généralement utilisée pour les charges plus petites ou pour lamélioration des fronts logiques à partir de leur déclencheur schmidt intégré , car la logique standard peut facilement accueillir une charge de quelques mA.
• La répartition est une utilisation importante. Merci de lavoir mentionné.

Les tampons sont utilisés lorsque cela est nécessaire pour répondre aux exigences non fonctionnelles, souvent la vitesse (ou limpédance dentrée / sortie, qui affecte la vitesse). Un circuit abstrait ne montre souvent pas assez de détails pour apprécier ce besoin. Dans votre circuit, R1 peut être trop élevé pour conduire tout ce qui est connecté à la sortie à un niveau bas dune manière rapide et fiable.

Une autre raison peut être que le tampon contient une protection de sortie (limitation de courant, protection ESD).