Wat is het doel van een bufferpoort?

Buffers worden gebruikt wanneer je … nou … een buffer nodig hebt. Zoals in de letterlijke betekenis van het woord. Ze worden gebruikt als je de invoer van de uitvoer moet bufferen. Er zijn talloze manieren om een buffer te gebruiken. Er zijn digitale logische poortbuffers, die logisch gezien passthroughs zijn, en er zijn analoge buffers, die als passthroughs werken, maar voor een analoge spanning. Dit laatste valt enigszins buiten het bestek van je vraag, maar als je “nieuwsgierig bent, zoek dan” voltage follower “op.

Dus wanneer of waarom zou je er een gebruiken? Tenminste wanneer de eenvoudigste en goedkoopste buffer van alles is een koperdraad / trace direct beschikbaar?

Hier zijn een paar redenen:

1. Logische isolatie. De meeste buffers hebben een ~ OE pin of iets dergelijks, een output enable pin. Dit stelt je in staat om elke logische lijn om te zetten in een tristate. Dit is vooral handig als je in staat wilt zijn om verbind of isoleer twee bussen (met buffers in beide richtingen indien nodig), of misschien gewoon een apparaat. Een buffer, die een buffer tussen die dingen is, laat je dat doen.

2. Niveauomzetting. Bij veel buffers wordt de outputzijde gevoed door een andere spanning dan de inputzijde. Dit heeft duidelijke toepassingen voor het vertalen van spanningsniveaus.

3. Digitalisering / herhalen / opschonen. Sommige buffers hebben hysterese, dus ze kunnen een signaal opnemen dat heel hard probeert om digitaal te zijn, maar gewoon geen erg goede stijgtijden heeft of niet helemaal goed speelt met drempels of wat dan ook, en maak het schoon en verander het in een mooi, scherp, helder digitaal signaal.

4. Fysieke isolatie Je moet een digitaal signaal verder sturen dan je wilt, de dingen zijn luidruchtig en een buffer is een geweldige repeater. In plaats van een GPIO-pin aan het ontvangende uiteinde met een voet van pcb-trace erop aangesloten, die fungeert als een antenne, inductor en condensator en letterlijk braakt wat het ook is en wat het ook wil, direct in de gapende mond van die arme pin, jij gebruik een buffer. Nu ziet de GPIO-pin alleen het spoor tussen deze en de buffer, en de stroomlussen zijn geïsoleerd. Je kunt het signaal nu zelfs correct beëindigen, zoals met een 50Ω-weerstand (of wat dan ook), omdat je een buffer aan de zendzijde en kan ze laden op manieren waarop je nooit een lullige kleine µC-pin zou kunnen laden.

5. Belastingen rijden. Uw digitale invoerbron heeft een hoge impedantie, te hoog om daadwerkelijk te communiceren met het apparaat dat u wilt bedienen. Een bekend voorbeeld kan een LED zijn. U gebruikt dus een buffer. U selecteert er een die kan aansturen, zeg maar een flinke 20mA gemakkelijk, en je bestuurt de LED met de buffer, in plaats van het logische signaal rechtstreeks.

Voorbeeld: je wilt statusindicaties op LEDs op zoiets als een I2C-bus, maar het rechtstreeks toevoegen van LEDs aan de I2C-lijnen zou signaleringsproblemen veroorzaken. Dus je gebruikt een buffer.

6. Offer . Buffers hebben vaak verschillende beschermingsfuncties, zoals ESD-bescherming, enz. En vaak ook niet. Maar hoe dan ook, ze fungeren als een buffer tussen iets en een ander ding. Als je iets hebt dat een soort van voorbijgaande toestand zou kunnen ervaren die iets zou kunnen beschadigen, plaats je een buffer tussen dat ding en de voorbijgaande bron.

Anders gezegd, chips houden bijna net zoveel van exploderen als van halfgeleiders . En meestal, als er iets misgaat, exploderen chips. Zonder buffers zal de voorbijgaande aard die chips links en rechts laat knallen vaak diep in je circuit doordringen en een hoop chips tegelijk vernietigen. Buffers kunnen dat voorkomen. Ik ben een grote fan van de opofferingsbuffer.Als iets gaat ontploffen, zou ik liever een buffer van 50 ¢ hebben en niet een FPGA van $ 1000.

Dat zijn enkele van de meest voorkomende redenen die ik uit mijn hoofd zou kunnen bedenken. “Ik weet zeker dat er andere situaties zijn, misschien krijg je” meer antwoorden met meer toepassingen. Ik denk dat iedereen het erover eens zal zijn dat buffers ontzettend nuttig zijn, ook al lijken ze op het eerste gezicht nogal zinloos.

Opmerkingen

• En je kunt die buffer van 50 cent in een DIP krijgen en in een stopcontact stoppen, zodat wanneer het wordt opgeofferd aan de goden van magische blauwe rook, het ‘ s gewoon een kwestie van het eruit halen en een nieuwe erin slaan;)
• Ook buffer kan worden gebruikt om 2 signalen te synchroniseren door vertraging in te voeren.
• Je antwoord moet de OP ‘ s case bevatten: dus de volgende stap ‘ s ingangsimpedantie is n ‘ t parallel met R1, waardoor het gedrag van Q1 verandert.
• +1: goed antwoord en veel referentie info op één plek! Gewoon een muggenzifterij: ” buffers hebben hysterese ” moet worden vervangen door iets als ” sommige buffers hebben hysterese “. Degenen die niet ‘ t zijn, kunnen zelfs worden gebruikt om analoge signalen te versterken.
• @LorenzoDonati Nitpicking is altijd welkom, net als bewerkingen. Ik doe mijn best om goede antwoorden te geven, maar niemand is perfect, dus ik waardeer het erg als andere mensen de tijd nemen om fouten of problemen te corrigeren. En je ‘ hebt helemaal gelijk, alleen bepaalde buffers hebben hysterese. Ik ‘ zal het antwoord dienovereenkomstig bijwerken, bedankt! 🙂

Eenvoudige bufferpoorten hebben een paar toepassingen:

• Vroeger was er een beperkte fan-out van een logische uitgang, wanneer deze naar meerdere opeenvolgende ingangen werd gevoerd. Als ik het me goed herinner, was het ongeveer 5 voor TTL LS. Dus als je een uitgang gebruikte om meer dan 5 ingangen te voeden, waren de logische niveaus niet meer gegarandeerd. U kunt buffers gebruiken om dit probleem op te lossen. Elke buffer zou nog eens 5 inputs kunnen voeden (met een kleine vertraging). Nu, met CMOS, is het niet echt meer relevant, de fan-out is ordes van grootte groter en het is nooit een probleem.
• Het kan worden gebruikt om een zwak signaal te “versterken”. Als het signaal een zeer hoge impedantie heeft en u het wilt gebruiken als ingang van een circuit met een lage ingangsimpedantie, vallen de logische niveaus niet binnen de specificaties. Misschien is dit het gebruik in uw specifieke voorbeeld.
• Het kan worden gebruikt als een kleine vertragingslijn.
• Gewoonlijk heeft de buffer een schmitt-triggeringang (maar we tekenen dan meestal een klein “hysteresis” -teken: ⎎ in de bufferdriehoek, en het lijkt erop dat het niet jouw geval is). Dus als het logische niveau tussen hoog en laag ligt, is de output nog steeds voorspelbaar gedefinieerd (het blijft op het niveau dat het is). Dit heeft veel nut bij het koppelen van analoge signalen (bijv. Afkomstig van sensoren) naar digitale ingangen.

Verder zijn er niet veel toepassingen van. Dat is waarom we die eigenlijk niet gemakkelijk vinden.

Reacties

• Versterking is goed. Dat is inderdaad de functie in beide uw eerste twee kogels. Het is geen toeval dat een digitale buffer het lege driehoekssymbool van versterkers gebruikt. Ze functioneren als een spanningsbeperkte stroomversterker (met zeer niet-lineaire versterking). Dat is dezelfde functie als een analoge spanningsbuffer (zoals een opamp die is geconfigureerd als een spanningsvolger). Het verschil is dat digitale buffers gewoonlijk slechts twee uitgangsspanningsniveaus ondersteunen, dus ze hebben ook een niet-lineaire spanningsversterking.
• De traditionele werkelijke ” buffer ” is in feite een opamp in eenheidsversterkingsconfiguratie. Een poort wordt meestal gebruikt voor kleinere belastingen of voor logische randverbetering van hun geïntegreerde Schmidt-trigger , aangezien standaardlogica gemakkelijk een paar mA-belasting kan opvangen.
• Fan-out is een belangrijk gebruik. Bedankt voor het vermelden.

Buffers worden gebruikt wanneer dat nodig is om te voldoen aan niet-functionele vereisten, vaak snelheid (of ingangs- / uitgangsimpedantie, die de snelheid beïnvloedt). Een geabstraheerd circuit toont vaak niet genoeg details om deze behoefte te begrijpen. In uw circuit kan R1 te hoog zijn om alles wat op de uitgang is aangesloten op een snelle en betrouwbare manier naar laag te sturen.

Nog een reden kan zijn dat de buffer uitvoerbescherming bevat (stroombeperking, ESD-bescherming).