Mục đích của một cổng đệm là gì?

Theo tôi hiểu, cổng đệm đối diện với cổng NOT và không thay đổi đầu vào:

Tuy nhiên, đôi khi tôi thấy các IC cổng đệm được sử dụng trong các mạch và với một mắt thiếu kinh nghiệm, chúng dường như không làm gì cả. Ví dụ gần đây tôi đã thấy một cổng bộ đệm không đảo ngược được sử dụng ở đầu ra của một trình theo dõi phát, đại khái là như thế này:

Vì vậy, khi nào người ta sẽ yêu cầu sử dụng một IC đệm trong mạch của họ? Điều gì có thể là mục đích của cổng trong sơ đồ nói trên?

Bộ đệm được sử dụng bất cứ khi nào bạn cần ... à ... một bộ đệm. Như trong nghĩa đen của từ này. Chúng được sử dụng khi bạn cần đệm đầu vào từ đầu ra. Có vô số cách để sử dụng bộ đệm. Có bộ đệm cổng logic kỹ thuật số, được truyền qua logic một cách logic, và có bộ đệm tương tự, hoạt động như bộ truyền tín hiệu nhưng cho điện áp tương tự. Câu hỏi thứ hai nằm ngoài phạm vi câu hỏi của bạn, nhưng nếu bạn tò mò, hãy tìm kiếm 'người theo dõi điện áp'.

Vì vậy, khi nào hoặc tại sao bạn sẽ sử dụng một? Ít nhất là khi bộ đệm đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả, một dây đồng / dấu vết có sẵn?

Dưới đây là một vài lý do:

1. Cách ly logic. Hầu hết các bộ đệm có chân ~ OE hoặc tương tự, chân cho phép đầu ra. Điều này cho phép bạn biến bất kỳ dòng logic nào thành một đường xoắn. Điều này đặc biệt hữu ích nếu bạn muốn có thể kết nối hoặc cách ly hai bus (với bộ đệm cả hai cách nếu cần), hoặc có thể chỉ là một thiết bị. Một bộ đệm, là một bộ đệm giữa những thứ đó, cho phép bạn làm điều đó.

2. Trình độ dịch thuật. Nhiều bộ đệm cho phép phía đầu ra được cấp nguồn từ một điện áp khác với phía đầu vào. Điều này có công dụng rõ ràng để dịch các cấp điện áp.

3. Số hóa / lặp lại / dọn dẹp. Một số bộ đệm có độ trễ, vì vậy chúng có thể nhận được tín hiệu đang rất khó để trở thành kỹ thuật số, nhưng không có thời gian tăng rất tốt hoặc không chơi đúng với ngưỡng hoặc bất cứ điều gì, và làm sạch nó và biến nó thành một tín hiệu kỹ thuật số đẹp, sắc nét, rõ ràng.

4. Cách ly vật lý Bạn phải gửi tín hiệu kỹ thuật số xa hơn mức bạn muốn, mọi thứ đều ồn ào và bộ đệm tạo ra một bộ lặp tuyệt vời. Thay vì một chân GPIO ở đầu nhận có một dấu vết pcb được kết nối với nó, hoạt động như một ăng-ten, cuộn cảm và tụ điện và thực sự nôn bất cứ thứ tiếng ồn và sự khủng khiếp nào nó muốn trực tiếp vào cái miệng há hốc đáng thương đó, bạn sử dụng một đệm. Bây giờ chân GPIO chỉ nhìn thấy dấu vết giữa nó và bộ đệm, và các vòng lặp hiện tại bị cô lập. Heck, bạn thậm chí có thể chấm dứt tín hiệu ngay bây giờ, như với điện trở 50Ω (hoặc bất cứ thứ gì), bởi vì bạn cũng có một bộ đệm ở đầu phát và có thể tải chúng theo cách mà bạn không bao giờ có thể tải một pin pinC nhỏ bé đáng sợ.

5. Lái xe tải. Nguồn đầu vào kỹ thuật số của bạn có trở kháng cao, quá cao để thực sự giao tiếp với thiết bị bạn muốn điều khiển. Một ví dụ phổ biến có thể là đèn LED. Vì vậy, bạn sử dụng một bộ đệm. Bạn chọn một cái có thể lái một cách dễ dàng, 20mA, và bạn lái đèn LED với bộ đệm, thay vì tín hiệu logic trực tiếp.

Ví dụ: Bạn muốn đèn LED chỉ báo trạng thái trên một cái gì đó như bus I2C, nhưng thêm đèn LED trực tiếp vào các đường I2C sẽ gây ra sự cố báo hiệu. Vì vậy, bạn sử dụng một bộ đệm.

6. Hy sinh . Bộ đệm thường có các tính năng bảo vệ khác nhau, như bảo vệ ESD, v.v. Và thường thì chúng không có. Nhưng dù bằng cách nào, họ hoạt động như một bộ đệm giữa một cái gì đó và một thứ khác. Nếu bạn có một cái gì đó có thể gặp một số tình trạng nhất thời có thể làm hỏng một cái gì đó, bạn đặt một bộ đệm giữa thứ đó và nguồn tạm thời.

Nói cách khác, các con chip thích bùng nổ gần như chúng thích bán dẫn. Và hầu hết thời gian, khi có sự cố, chip phát nổ. Nếu không có bộ đệm, thường thì bất cứ thứ gì thoáng qua là chip bên trái và bên phải sẽ tiến sâu vào mạch của bạn và phá hủy một loạt chip cùng một lúc. Bộ đệm có thể ngăn chặn điều đó. Tôi là một fan hâm mộ lớn của bộ đệm hy sinh. Nếu một cái gì đó sắp phát nổ, tôi thích nó là bộ đệm 50 and chứ không phải là một $ 1000.

Đó là một số lý do phổ biến nhất mà tôi có thể nghĩ ra khỏi đỉnh đầu. Tôi chắc chắn có những tình huống khác, có thể bạn sẽ nhận được nhiều câu trả lời hơn với nhiều cách sử dụng hơn. Tôi nghĩ mọi người sẽ đồng ý rằng bộ đệm rất hữu ích, ngay cả khi thoạt nhìn, chúng có vẻ khá vô nghĩa.

Cổng đệm đơn giản có một vài ứng dụng:

• Trong những ngày xưa, ở đó giới hạn quạt ra của đầu ra logic, khi được đưa vào nhiều đầu vào tiếp theo. Nếu tôi nhớ chính xác, đó là khoảng 5 cho TTL LS. Vì vậy, nếu bạn đã sử dụng một đầu ra để cung cấp hơn 5 đầu vào, các mức logic sẽ không được đảm bảo nữa. Bạn có thể sử dụng bộ đệm để giải quyết vấn đề này. Mỗi bộ đệm có thể cung cấp thêm 5 đầu vào (có một chút chậm trễ). Bây giờ, với CMOS, nó không thực sự phù hợp nữa, fanout là đơn đặt hàng có cường độ lớn hơn và nó không bao giờ là vấn đề.
• Nó có thể được sử dụng để "khuếch đại" tín hiệu yếu. Nếu tín hiệu có trở kháng rất cao và bạn muốn sử dụng nó làm đầu vào của mạch có trở kháng đầu vào thấp, các mức logic sẽ không nằm trong thông số kỹ thuật. Có lẽ đây là cách sử dụng trong ví dụ cụ thể của bạn.
• Nó có thể được sử dụng như một dòng chậm trễ nhỏ.
• Thông thường, bộ đệm có đầu vào kích hoạt schmitt (nhưng sau đó chúng ta thường vẽ một dấu hiệu "trễ" nhỏ: trong tam giác bộ đệm và có vẻ như đó không phải là trường hợp của bạn). Vì vậy, nếu mức logic nằm giữa mức cao và thấp, đầu ra vẫn được xác định theo dự đoán (nó vẫn ở mức nó). Điều này có nhiều cách sử dụng khi giao thoa tín hiệu tương tự (ví dụ: đến từ cảm biến) với đầu vào kỹ thuật số.

Ngoài ra, không có nhiều công dụng của nó. Đó là lý do tại sao chúng ta không tìm thấy chúng dễ dàng, thực sự.

Bộ đệm được sử dụng khi cần thiết để đáp ứng các yêu cầu phi chức năng, thường là tốc độ (hoặc trở kháng đầu vào / đầu ra, ảnh hưởng đến tốc độ). Một mạch trừu tượng thường không hiển thị đủ chi tiết để đánh giá nhu cầu này. Trong mạch của bạn, R1 có thể quá cao để điều khiển bất cứ thứ gì được kết nối với đầu ra ở mức thấp một cách nhanh chóng và đáng tin cậy.

Một lý do khác có thể là bộ đệm chứa bảo vệ đầu ra (giới hạn hiện tại, bảo vệ ESD).