Qual è lo scopo di un buffer gate?

Vengono utilizzati buffer ogni volta che hai bisogno … beh … un buffer. Come nel significato letterale della parola. Vengono usati quando hai bisogno di bufferizzare linput dalloutput. Esistono innumerevoli modi per utilizzare un buffer. Esistono buffer di gate logici digitali, che sono passthrough in senso logico, e ci sono buffer analogici, che agiscono come passthrough ma per una tensione analogica. Questultimo è un po fuori dallo scopo della tua domanda, ma se sei curioso, cerca “seguace di tensione”.

Quindi quando o perché dovresti usarne uno? di tutto, un filo / traccia di rame è immediatamente disponibile?

Ecco alcuni motivi:

1. Isolamento logico. La maggior parte dei buffer ha un pin ~ OE o simile, un pin di abilitazione delluscita. Ciò consente di trasformare qualsiasi linea logica in una tristata. Ciò è particolarmente utile se si desidera essere in grado di connettere o isolare due bus (con buffer in entrambi i modi se necessario), o forse solo un dispositivo. Un buffer, essendo un buffer tra queste cose, ti consente di farlo.

2. Conversione dei livelli. Molti buffer consentono di alimentare il lato di uscita con una tensione diversa rispetto a quella di ingresso. Questo ha ovvi usi per tradurre i livelli di tensione.

3. Digitalizzazione / ripetizione / cancellazione. Alcuni buffer hanno isteresi, quindi possono prendere un segnale che sta cercando davvero di essere digitale, ma semplicemente non ha tempi di salita molto buoni o non sta giocando bene con le soglie o altro, e puliscilo e trasformalo in un segnale digitale piacevole, nitido e dai bordi netti.

4. Isolamento fisico Devi inviare un segnale digitale più lontano di quanto desideri, le cose sono rumorose e un buffer è un ottimo ripetitore. Invece di un pin GPIO allestremità ricevente a cui è collegata una traccia di circuito stampato, che funge da antenna, induttore e condensatore e vomita letteralmente qualunque sia il rumore e lorrore che vuole direttamente nella bocca spalancata di quel povero pin, tu usa un buffer. Ora il pin GPIO vede solo la traccia tra esso e il buffer e i loop di corrente sono isolati. Diamine, puoi anche terminare correttamente il segnale ora, come con un resistore da 50Ω (o qualsiasi altra cosa), perché hai un buffer anche allestremità di trasmissione e puoi caricarli in modi in cui non potresti mai caricare un piccolo pin µC.

5. Carichi di guida. La sorgente di ingresso digitale è ad alta impedenza, troppo alta per interfacciarsi effettivamente con il dispositivo che si desidera controllare. Un esempio comune potrebbe essere un LED. Quindi si utilizza un buffer. Selezionarne uno che possa pilotare, diciamo, un pesante 20mA facilmente, e guidi il LED con il buffer, invece del segnale logico direttamente.

Esempio: vuoi indicare lo stato sui LED su qualcosa di simile a un bus I2C, ma laggiunta di LED direttamente alle linee I2C causerebbe problemi di segnalazione. Quindi usi un buffer.

6. Sacrifica . I buffer hanno spesso varie funzioni di protezione, come la protezione ESD, ecc. E spesso non lo sono. Ma in entrambi i casi, fungono da cuscinetto tra qualcosa e unaltra cosa. Se hai qualcosa che potrebbe sperimentare una sorta di condizione transitoria che potrebbe danneggiare qualcosa, metti un buffer tra quella cosa e la fonte transitoria.

In altre parole, i chip amano esplodere quasi quanto amano i semiconduttori . E la maggior parte delle volte, quando qualcosa va storto, i chip esplodono. Senza buffer, spesso qualsiasi transitorio che stia facendo scoppiare i chip a sinistra ea destra raggiungerà in profondità il tuo circuito e distruggerà un mucchio di chip contemporaneamente. I tamponi possono impedirlo. Sono un grande fan del buffer sacrificale.Se qualcosa dovesse esplodere, preferirei che fosse un buffer da 50 ¢ e non un FPGA da $ 1000.

Questi sono alcuni dei motivi più comuni a cui riesco a pensare fuori dalla mia testa. “Sono sicuro che ci sono altre situazioni, forse otterrai più risposte con più usi. Penso che tutti concorderanno sul fatto che i buffer sono terribilmente utili, anche se a prima vista sembrano piuttosto inutili.

Commenti

• E puoi prendere quel buffer da 50 cent in un DIP e metterlo in una presa, in modo che quando viene sacrificato agli dei del magico fumo blu, ‘ è solo questione di estrarlo e inserirne uno nuovo;)
• Inoltre è possibile utilizzare il buffer per sincronizzare 2 segnali introducendo il ritardo.
• La tua risposta dovrebbe includere il caso ‘ dellOP: quindi limpedenza di ingresso della fase successiva ‘ non è ‘ t in parallelo con R1, cambiando il comportamento di Q1.
• +1: ottima risposta e molti riferimenti informazioni solo in un posto! Solo un nitpick: ” buffer hanno isteresi ” dovrebbero essere sostituiti da qualcosa come ” alcuni buffer hanno isteresi “. Quelli che non ‘ possono essere utilizzati anche per amplificare i segnali analogici.
• @LorenzoDonati Nitpicking è sempre il benvenuto, così come le modifiche. Faccio del mio meglio per dare buone risposte ma nessuno è perfetto, quindi apprezzo molto quando altre persone si prendono il tempo per correggere eventuali errori o problemi. E tu ‘ hai assolutamente ragione, solo alcuni buffer hanno listeresi. ‘ aggiornerò la risposta di conseguenza, grazie! 🙂

Semplici gate di buffer hanno alcune applicazioni:

• In passato, cera un fan-out limitato di un output logico, quando alimentato a più input successivi. Se ricordo bene, era circa 5 per TTL LS. Quindi se si utilizzava unuscita per alimentare più di 5 ingressi, i livelli logici non erano più garantiti. È possibile utilizzare i buffer per risolvere questo problema. Ogni buffer potrebbe alimentare altri 5 ingressi (con un piccolo ritardo). Ora, con CMOS, non è più rilevante, il fanout è maggiore di ordini di grandezza e non è mai un problema.
• Può essere usato per “amplificare” un segnale debole. Se il segnale ha unimpedenza molto alta e si desidera utilizzarlo come ingresso di un circuito con una bassa impedenza di ingresso, i livelli logici non rientrerebbero nelle specifiche. Forse questo è luso nel tuo esempio specifico.
• Può essere usato come una piccola linea di ritardo.
• Di solito, il buffer ha un ingresso di trigger schmitt (ma di solito disegniamo un piccolo segno di “isteresi”: ⎎ nel triangolo del buffer, e sembra che non sia il tuo caso). Quindi, se il livello logico è compreso tra alto e basso, luscita è ancora definita in modo prevedibile (rimane al livello che è). Questo ha molti usi quando si interfacciano segnali analogici (ad esempio provenienti da sensori) con ingressi digitali.

A parte questo, non ce ne sono molti usi. Questo è il motivo per cui non li troviamo facilmente, in realtà.

Commenti

• Lamplificazione è giusta. In effetti questa è la funzione in entrambi i tuoi primi due proiettili. Non è un caso che un buffer digitale utilizzi il simbolo del triangolo vuoto degli amplificatori. Funzionano come un amplificatore di corrente a tensione limitata (con guadagno molto non lineare). Questa è la stessa funzione di un buffer di tensione analogico (come un amplificatore operazionale configurato come inseguitore di tensione). La differenza è che i buffer digitali di solito supportano solo due livelli di tensione di uscita, quindi hanno anche un guadagno di tensione non lineare.
• Il tradizionale ” buffer ” è in effetti un opamp in configurazione a guadagno unitario. Un gate viene solitamente utilizzato per carichi più piccoli o per il miglioramento del fronte logico dal loro trigger schmidt integrato , poiché la logica standard può facilmente supportare un carico di pochi mA.
• Fan out è un uso importante. Grazie per averlo menzionato.

I buffer vengono utilizzati quando necessario per soddisfare requisiti non funzionali, spesso la velocità (o limpedenza di ingresso / uscita, che influisce sulla velocità). Un circuito astratto spesso non mostra abbastanza dettagli per apprezzare questa esigenza. Nel tuo circuito, R1 potrebbe essere troppo alto per pilotare tutto ciò che è collegato alluscita verso il basso in modo rapido e affidabile.

Un altro motivo potrebbe essere che il buffer contenga protezione in uscita (limitazione di corrente, protezione ESD).