Jaki jest cel bramki buforowej?

Bufory są używane kiedykolwiek potrzebujesz … cóż … bufora. Tak jak w dosłownym znaczeniu tego słowa. Są one używane, gdy musisz buforować wejście z wyjścia. Istnieją niezliczone sposoby korzystania z bufora. Istnieją cyfrowe bufory bramek logicznych, które logicznie są przejściami, i są bufory analogowe, które działają jak przejściówki, ale dla napięcia analogowego. To drugie wykracza poza zakres twojego pytania, ale jeśli „jesteś ciekawy, poszukaj„ wtórnika napięcia ”.

Więc kiedy lub dlaczego miałbyś go używać? Przynajmniej kiedy najprostszy i najtańszy bufor przede wszystkim miedziany drut / ślad jest łatwo dostępny?

Oto kilka powodów:

1. Izolacja logiczna. Większość buforów ma pin ~ OE lub podobny, pin włączania wyjścia. Pozwala to zmienić dowolną linię logiczną na trójstanową. Jest to szczególnie przydatne, jeśli chcesz mieć możliwość połączyć lub odizolować dwie magistrale (z buforami w obie strony, jeśli to konieczne) lub może tylko urządzenie. Bufor, będący buforem między tymi elementami, pozwala to zrobić.

2. Tłumaczenie poziomu. Wiele buforów pozwala na zasilanie strony wyjściowej innym napięciem niż strona wejściowa. Ma to oczywiste zastosowanie do translacji poziomów napięcia.

3. Digitalizacja / powtarzanie / czyszczenie. Niektóre bufory mają histerezę, więc mogą przyjmować sygnał, który bardzo stara się być cyfrowym, ale po prostu nie ma bardzo dobrych czasów narastania lub nie gra poprawnie z progami lub czymkolwiek innym, i wyczyść go i przekształć w ładny, ostry sygnał cyfrowy o czystych krawędziach.

4. Izolacja fizyczna Musisz wysłać sygnał cyfrowy dalej, niż chcesz, coś jest zaszumione, a bufor to świetny wzmacniacz. Zamiast szpilki GPIO na końcu odbiorczym z podłączoną do niej stopką ścieżki PCB, działającą jako antena, cewka indukcyjna i kondensator i dosłownie wymiotując niezależnie od tego, jaki hałas i okropność chce, bezpośrednio do otwartej ust tego biednego pinu, użyj bufora. Teraz pin GPIO widzi tylko ślad między nim a buforem, a pętle prądowe są izolowane. Heck, możesz nawet poprawnie zakończyć sygnał teraz, jak z rezystorem 50Ω (lub czymkolwiek), ponieważ masz bufor na końcu nadawczym i można je ładować w sposób, w jaki nigdy nie można było załadować słabego małego pinu µC.

5. Prowadzenie obciążeń. Twoje cyfrowe źródło wejściowe ma wysoką impedancję, zbyt wysoką, aby faktycznie współpracować z urządzeniem, którym chcesz sterować. Typowym przykładem może być dioda LED. Więc używasz bufora. Wybierasz taki, który może sterować, powiedzmy, z łatwością mocne 20mA i sterujesz diodą LED za pomocą bufora zamiast bezpośrednio sygnału logicznego.

Przykład: Chcesz wskazać stan na diodach LED na czymś w rodzaju magistrali I2C, ale dodanie diod LED bezpośrednio do linii I2C spowodowałoby problemy z sygnalizacją. Używasz więc bufora.

6. Ofiara . Bufory często mają różne funkcje ochronne, takie jak ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi, itp. A często ich nie mają. Ale tak czy inaczej, działają jako bufor między czymś a czymś innym. Jeśli masz coś, co może doświadczyć jakiegoś stanu przejściowego, który może coś uszkodzić, umieszczasz bufor między tą rzeczą a źródłem przejściowym.

Innymi słowy, chipy uwielbiają eksplodować prawie tak samo jak półprzewodniki . W większości przypadków, gdy coś idzie nie tak, wybuchają chipy. Bez buforów często każdy stan przejściowy, który powoduje pękanie chipów w lewo i prawo, dotrze głęboko do twojego obwodu i zniszczy kilka chipów naraz. Bufory mogą temu zapobiec. Jestem wielkim fanem bufora ofiarnego.Jeśli coś ma wybuchnąć, wolałbym, żeby był to bufor 50 centów, a nie FPGA za 1000 $.

To są jedne z najczęstszych powodów, o których mógłbym pomyśleć. „Na pewno istnieją inne sytuacje, może dostaniesz więcej odpowiedzi z większą liczbą zastosowań. Myślę, że wszyscy zgodzą się, że bufory są strasznie przydatne, nawet jeśli na pierwszy rzut oka wydają się raczej bezcelowe.

Komentarze

• I możesz dostać ten 50-centowy bufor w DIP i umieścić go w gnieździe, więc kiedy zostanie złożony w ofierze bogom magicznego niebieskiego dymu, ' to tylko kwestia wyskoczenia go i włożenia nowego;)
• Można także użyć bufora do synchronizacji 2 sygnałów poprzez wprowadzenie opóźnienia.
• Twoja odpowiedź powinna zawierać przypadek OP ': więc następny etap ' to impedancja wejściowa nie ' t równolegle z R1, zmieniając zachowanie Q1.
• +1: świetna odpowiedź i wiele odniesień info w jednym miejscu! Tylko chwytak: ” bufory mają histerezę ” należy zastąpić czymś takim jak ” niektóre bufory mają histerezę „. Te, które nie ' t mogą być nawet użyte do wzmocnienia sygnałów analogowych.
• @LorenzoDonati Nitpicking jest zawsze mile widziany, podobnie jak edycja. Staram się udzielać dobrych odpowiedzi, ale nikt nie jest doskonały, więc bardzo doceniam, gdy inni ludzie poświęcają czas na poprawianie błędów lub problemów. I ' masz absolutną rację, tylko niektóre bufory mają histerezę. ' odpowiednio zaktualizuję odpowiedź, dzięki! 🙂

Proste bramki buforowe mają kilka zastosowań:

• W dawnych czasach występowało ograniczone rozwachlowanie wyjścia logicznego, gdy było ono podawane na wiele kolejnych wejść. O ile dobrze pamiętam, dla TTL LS było to około 5. Więc jeśli użyłeś wyjścia do zasilania więcej niż 5 wejść, poziomy logiczne nie były już gwarantowane. Możesz użyć buforów, aby rozwiązać ten problem. Każdy bufor może zasilać kolejne 5 wejść (z niewielkim opóźnieniem). Teraz, z CMOS, nie jest to już naprawdę istotne, fanout jest o rząd wielkości większy i nigdy nie stanowi problemu.
• Może być użyty do „wzmocnienia” słabego sygnału. Jeśli sygnał ma bardzo wysoką impedancję i chcesz go użyć jako wejście obwodu o niskiej impedancji wejściowej, poziomy logiczne nie mieszczą się w specyfikacji. Może to jest użycie w twoim konkretnym przykładzie.
• Może być użyty jako mała linia opóźniająca.
• Zwykle bufor ma wejście wyzwalające Schmitta (ale wtedy zwykle rysujemy mały znak „histerezy”: ⎎ w trójkącie bufora i wydaje się, że to nie twoja sprawa). Więc jeśli poziom logiki znajduje się pomiędzy wysokim a niskim, wyjście jest nadal określone w przewidywalny sposób (pozostaje na tym poziomie). Ma to wiele zastosowań podczas podłączania sygnałów analogowych (np. Pochodzących z czujników) do wejść cyfrowych.

Poza tym nie ma wielu zastosowań. Właśnie dlatego nie możemy ich łatwo znaleźć.

Komentarze

• Wzmocnienie jest słuszne. Rzeczywiście, jest to funkcja w obu dwie pierwsze kule. To nie przypadek, że bufor cyfrowy używa symbolu pustego trójkąta wzmacniaczy. Działają one jako wzmacniacz prądu o ograniczonym napięciu (z bardzo nieliniowym wzmocnieniem). To ta sama funkcja analogowy bufor napięcia (taki jak wzmacniacz operacyjny skonfigurowany jako wtórnik napięcia). Różnica polega na tym, że bufory cyfrowe zwykle obsługują tylko dwa poziomy napięcia wyjściowego, więc mają też pewne nieliniowe wzmocnienie napięcia.
• Tradycyjny rzeczywisty ” bufor ” jest w rzeczywistości wzmacniaczem operacyjnym w konfiguracji wzmocnienia jedności. Bramka jest zwykle używana do mniejszych obciążeń lub do wzmocnienia krawędzi logicznej za pomocą zintegrowanego wyzwalacza Schmidta , ponieważ standardowa logika może z łatwością pomieścić kilka obciążeń mA.
• Rozpraszanie jest ważnym zastosowaniem. Dziękuję za wzmiankę.

Bufory są używane, gdy są potrzebne, aby spełnić wymagania niefunkcjonalne, często prędkość (lub impedancja wejścia / wyjścia, która wpływa na prędkość). Abstrakcyjny obwód często nie pokazuje wystarczająco dużo szczegółów, aby docenić tę potrzebę. W twoim obwodzie R1 może być zbyt wysokie, aby szybko i niezawodnie obniżyć poziom wszystkiego, co jest podłączone do wyjścia.

Inny powód może być tak, że bufor zawiera ochronę wyjścia (ograniczenie prądu, ochrona ESD).