Qual é a finalidade de uma porta de buffer?

Buffers são usados sempre que você precisar … bem … um buffer. Como no significado literal da palavra. Eles “são usados quando você precisa armazenar a entrada da saída em buffer. Existem inúmeras maneiras de usar um buffer. Existem buffers de porta lógica digital, que são passagens lógicas, e há buffers analógicos, que agem como passagens, mas para uma tensão analógica. O último está um pouco fora do escopo de sua pergunta, mas se você “estiver curioso, pesquise” seguidor de tensão “.

Então, quando ou por que você usaria um? Pelo menos quando o buffer mais simples e mais barato de tudo, um fio / traço de cobre está prontamente disponível?

Aqui estão alguns motivos:

1. Isolamento lógico. A maioria dos buffers tem um pino ~ OE ou semelhante, um pino de ativação de saída. Isso permite que você transforme qualquer linha lógica em uma linha tripla. Isso é especialmente útil se você quiser ser capaz de conecte ou isole dois barramentos (com buffers nos dois sentidos, se necessário), ou talvez apenas um dispositivo. Um buffer, sendo um buffer entre essas coisas, permite que você faça isso.

2. Conversão de nível. Muitos buffers permitem que o lado da saída seja alimentado por uma tensão diferente do lado da entrada. Isso tem usos óbvios para traduzir os níveis de tensão.

3. Digitalização / repetição / limpeza. Alguns buffers têm histerese, então eles podem pegar um sinal que está se esforçando muito para ser digital, mas não tem tempos de subida muito bons ou não está jogando bem com os limites ou qualquer outra coisa, e limpe-o e transforme-o em um sinal digital agradável, nítido e limpo.

4. Isolamento físico Você tem que enviar um sinal digital além do que você gostaria, as coisas são barulhentas e um buffer é um ótimo repetidor. Em vez de um pino GPIO na extremidade receptora ter um pé de traço de pcb conectado a ele, agindo como uma antena, indutor e capacitor e literalmente vomitando o que quer que seja o barulho e horrores que ele quer diretamente na boca escancarada daquele pobre pino, você use um buffer. Agora, o pino GPIO só vê o traço entre ele e o buffer, e os loops de corrente são isolados. Caramba, você pode até mesmo encerrar o sinal corretamente agora, como com um resistor de 50 ((ou qualquer outro), porque você tem um buffer na extremidade de transmissão também e pode carregá-los de maneiras que você nunca poderia carregar um pequeno pino µC frágil.

5. Conduzir cargas. Sua fonte de entrada digital é de alta impedância, muito alta para realmente fazer a interface com o dispositivo que você deseja controlar. Um exemplo comum pode ser um LED. Então, você usa um buffer. Você seleciona um que pode conduzir, digamos, 20 mA robustos facilmente, e você aciona o LED com o buffer, em vez do sinal lógico diretamente.

Exemplo: você deseja indicadores de status em LEDs em algo como um barramento I2C, mas adicionar LEDs diretamente às linhas I2C causaria problemas de sinalização. Portanto, você usa um buffer.

6. Sacrifique . Os buffers geralmente têm vários recursos de proteção, como proteção contra ESD, etc. E geralmente não têm. Mas de qualquer forma, eles agem como um amortecedor entre algo e outra coisa. Se você tiver algo que pode passar por algum tipo de condição transitória que pode danificar algo, coloque um buffer entre essa coisa e a fonte transitória.

Dito de outra forma, os chips adoram explodir quase tanto quanto adoram semicondutores. . E na maioria das vezes, quando algo dá errado, chips explodem. Sem buffers, geralmente qualquer transiente que está estourando os chips para a esquerda e para a direita alcançará profundamente seu circuito e destruirá um monte de chips de uma vez. Os buffers podem evitar isso. Eu sou um grande fã do buffer de sacrifício.Se algo vai explodir, eu preferiria que fosse um buffer de 50 centavos e não um FPGA de $ 1000.

Essas são algumas das razões mais comuns que eu poderia imaginar de início. “Tenho certeza de que há outras situações, talvez você” obtenha mais respostas com mais usos. Acho que todos concordarão que os buffers são extremamente úteis, mesmo que, à primeira vista, pareçam sem sentido.

Comentários

• E você pode obter aquele buffer de 50 centavos em um DIP e colocá-lo em um encaixe, de modo que, quando for sacrificado aos deuses da fumaça azul mágica, ele ‘ é só uma questão de abrir e inserir um novo;)
• O buffer também pode ser usado para sincronizar 2 sinais introduzindo atraso.
• Sua resposta deve incluir o caso do OP ‘ s: portanto, a impedância de entrada ‘ s do próximo estágio ‘ t em paralelo com R1, mudando o comportamento de Q1.
• +1: ótima resposta e muitas referências informações em um só lugar! Apenas um detalhe: ” buffers têm histerese ” deve ser substituído por algo como ” alguns buffers têm histerese “. Aqueles que não ‘ t podem até ser usados para impulsionar sinais analógicos.
• @LorenzoDonati Nitpicking é sempre bem-vindo, assim como edições. Eu faço o meu melhor para dar boas respostas, mas ninguém é perfeito, então agradeço muito quando outras pessoas dedicam seu tempo para corrigir quaisquer erros ou problemas. E você ‘ está absolutamente certo, apenas alguns buffers têm histerese. Eu ‘ atualizarei a resposta de acordo, obrigado! 🙂

As portas de buffer simples têm algumas aplicações:

• Antigamente, havia um fan-out limitado de uma saída lógica, quando alimentado para várias entradas subsequentes. Se bem me lembro, era cerca de 5 para TTL LS. Portanto, se você usar uma saída para alimentar mais de 5 entradas, os níveis lógicos não serão mais garantidos. Você pode usar buffers para resolver esse problema. Cada buffer pode alimentar outras 5 entradas (com um pequeno atraso envolvido). Agora, com o CMOS, não é mais relevante, o fanout é muito maior e nunca é um problema.
• Ele pode ser usado para “amplificar” um sinal fraco. Se o sinal tiver uma impedância muito alta e você quiser usá-lo como uma entrada de um circuito com baixa impedância de entrada, os níveis lógicos não estariam dentro das especificações. Talvez este seja o uso em seu exemplo específico.
• Ele pode ser usado como uma pequena linha de atraso.
• Normalmente, o buffer tem uma entrada de gatilho schmitt (mas geralmente desenhamos um pequeno sinal de “histerese”: ⎎ no triângulo do buffer, e parece que não é o seu caso). Portanto, se o nível lógico estiver entre alto e baixo, a saída ainda está definida de forma previsível (ela permanece no nível em que está). Isso tem muita utilidade na interface de sinais analógicos (por exemplo, vindos de sensores) para entradas digitais.

Fora isso, não há muitos usos para isso. É por isso que não os encontramos facilmente, na verdade.

Comentários

• A amplificação está correta. Na verdade, essa é a função em ambos seus dois primeiros marcadores. Não é por acaso que um buffer digital usa o símbolo do triângulo vazio de amplificadores. Eles funcionam como um amplificador de corrente com tensão limitada (com ganho muito não linear). Essa é a mesma função e buffer de tensão analógico (como um amp op configurado como seguidor de tensão). A diferença é que os buffers digitais geralmente suportam apenas dois níveis de tensão de saída, portanto, também tem algum ganho de tensão não linear.
• O tradicional ” buffer ” é na verdade um opamp na configuração de ganho unitário. Um gate é usado normalmente para cargas menores ou para aprimoramento lógico de borda de seu gatilho schmidt integrado , como a lógica padrão pode acomodar facilmente alguns poucos mA de carga.
• O espalhamento é um uso importante. Obrigado por mencionar.

Buffers são usados quando necessários para atender a requisitos não funcionais, geralmente velocidade (ou impedância de entrada / saída, que afeta a velocidade). Um circuito abstraído geralmente não mostra detalhes suficientes para avaliar essa necessidade. Em seu circuito, R1 pode ser muito alto para direcionar o que quer que esteja conectado à saída para baixo de uma maneira rápida e confiável.

Outro motivo pode ser que o buffer contenha proteção de saída (limitação de corrente, proteção ESD).