Что такое цифровой буфер
Перейти к содержимому

Что такое цифровой буфер

  • автор:

Энциклопедия электроники

Буфер (buffer ic, line driver ic) – интегральная микросхема (ИМС), предназначенная для увеличения мощности входного сигнала.

Условно графическое обозначение (УГО)

Внешний вид буферов определяется согласно ГОСТ 2.743-91 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники».

Общее условно графическое обозначение (УГО) буфер

© 2016
Все права защищены законом об авторском праве! При копировании материалов сайта активная ссылка обязательна!

Цифровой буфер — Digital buffer

A цифрового буфера (или буфера напряжения ) — это элемент электронной схемы, который используется для изоляции входа от выхода, обеспечивая либо нет напряжения или напряжение такое же, как на входе. Он потребляет очень мало тока и не будет мешать б исходная схема. Его также называют буфером с единичным усилением, потому что он обеспечивает коэффициент усиления 1, что означает, что он обеспечивает самое большее напряжение, равное входному напряжению, и не выполняет функцию усиления.

Буфер напряжения имеет очень высокий входной импеданс (противодействие протеканию тока со стороны нагрузки). Высокое входное сопротивление является причиной использования буфера напряжения. Схема с буфером напряжения всегда будет потреблять небольшое количество тока из-за высокого входного сопротивления буфера. В результате это не повлияет на источник питания.

Цифровой буфер важен, потому что он может управлять включением и выключением передачи данных, которая широко используется в мире регистров (сложное устройство хранения данных) и шин (устройство передачи данных). Типичным цифровым буфером, который используется для управления множеством входов данных, записываемых на шину, является цифровой буфер с тремя состояниями, который управляет потоком данных с помощью выводов с тремя состояниями.

  • 1 Функциональность
  • 2 Категория
    • 2.1 Буфер с одним входным напряжением
      • 2.1.1 Инвертирующий буфер
      • 2.1.2 Неинвертирующий буфер
      • 2.2.1 Цифровой буфер с тремя состояниями с активным высоким значением
      • 2.2.2 Цифровой буфер с тремя состояниями с активным низким уровнем
      • 2.2.3 Инвертирование цифрового буфера с тремя состояниями

      Функциональные возможности

      Цифровой буфер служит для передачи напряжения от цепи с высоким уровнем выходного импеданса во вторую цепь с низким уровнем входного импеданса. Если у нас есть источник питания и нагрузка с низким импедансом (резистор) без буфера, согласно закону Ома (напряжение равно току, умноженному на сопротивление), от источника потребляется огромное количество тока. В результате источник питания потребляет огромное количество энергии, что вызывает большие помехи. Буфер напряжения всегда имеет очень высокий входной импеданс, приближающийся к бесконечности; в результате, независимо от того, какое значение имеет импеданс нагрузки, напряжение источника будет полностью зависеть от импеданса буфера (из-за закона Ома); напряжение на импедансе буфера является входным напряжением. Поскольку сопротивление бесконечно, схема будет потреблять очень небольшой ток и не будет мешать исходной схеме. Поскольку выходной ток генерируется источником напряжения через буфер, буфер действует как барьер между источником и нагрузкой, тем самым предотвращая влияние сопротивления нагрузки на сеть источника.

      Категория

      Буфер одиночного входного напряжения

      Инвертирующий буфер

      Этот вид буфера создает состояние, противоположное входному. Если вход высокий, выход низкий, и наоборот. Графически его часто представляют в виде треугольника с маленьким кружком на кончике. Инвертор — это основной строительный блок цифровой электроники. Декодеры, конечные автоматы и другие сложные цифровые устройства могут использовать инверторы.

      Неинвертирующий буфер

      Этот вид буфера не выполняет инверсию или возможности принятия решений. Цифровой буфер с одним входом отличается от инвертора. Он никоим образом не инвертирует и не изменяет свой входной сигнал. Он считывает ввод и выводит значение. Обычно сторона ввода считывает вход HIGH или LOW и выводит значение HIGH или LOW соответственно. Отправляет ли выходной терминал сигнал HIGH или LOW, определяется его входным значением. Выходное значение будет высоким тогда и только тогда, когда входное значение будет высоким. Другими словами, Q будет высоким тогда и только тогда, когда A будет HIGH.

      Цифровой буфер с тремя состояниями

      В отличие от цифрового буфера с одним входом, который имеет только один вход, цифровой буфер с тремя состояниями имеет два входа: вход данных и вход управления. (Управляющий вход аналогичен клапану, который управляет потоком данных.) Когда управляющий вход активен, выходное значение является входным значением, а буфер не отличается от цифрового буфера с одним входом.

      Цифровой буфер с активным высоким уровнем с тремя состояниями

      Цифровой буфер с активным высоким уровнем с тремя состояниями — это буфер с высоким уровнем управляющего входа в качестве активного состояния. Когда управляющий вход равен 1, происходит передача данных. Когда управляющий вход равен 0,

      неинвертирующий, активный высокий

      ввод данных управляющий вход выход
      0 0 Hi-Z
      1 0 Hi-Z
      0 1 0
      1 1 1

      «Hi-Z» указывает на отсутствие тока и высокий импеданс, как если бы деталь была удалена из цепи. Когда управляющий вход равен 0, выход находится в состоянии «Hi-Z». Когда управляющий вход равен 1, входные данные передаются на выход.

      Цифровой буфер активного низкого уровня с тремя состояниями

      Он в основном аналогичен активному цифровому буферу высокого уровня, за исключением того факта, что буфер активен, когда управляющий вход находится в состоянии низкого уровня.

      Неинвертирующий, активный низкий

      Ввод данных Управляющий вход Выход
      0 0 0
      1 0 1
      0 1 Hi-Z
      1 1 Hi-Z
      Инвертирующий цифровой буфер с тремя состояниями

      Цифровые буферы с тремя состояниями также имеют инвертирующие разновидности, в которых выходной сигнал является обратным входному.

      Инвертирование, активный высокий уровень

      Вход данных Управляющий вход Выход
      0 0 Hi-Z
      1 0 Hi-Z
      0 1 1
      1 1 0
      Инвертирование, активный низкий

      Данные Вход Управляющий вход Выход
      0 0 1
      1 0 0
      0 1 Hi-Z
      1 1 Hi-Z

      Приложение

      Буферы одиночного входного напряжения используются во многих местах для измерений, включая :

      • В тензометрических схемах для измерения деформаций в таких конструкциях, как мосты, крылья самолетов и двутавровые балки в зданиях.
      • В схемах измерения температуры для котлов и в высотных самолетах в холодная среда.
      • В схемах управления для самолетов, людей, перевозящих пассажиров в аэропортах, метро и во многих различных производственных операциях.

      Буферы напряжения с тремя состояниями широко используются в автобусах, что позволяет несколько устройств взаимодействуют друг с другом. Шина может одновременно считывать только один ввод данных с устройства, и это когда применяется буфер с тремя состояниями. Буфер с тремя состояниями с его управляющим входом может предотвратить чтение шиной избыточного ввода.

      Ссылки

      1. ^«Учебное пособие по цифровому буферу». Электроника. Получено 13 марта 2019 г.

      Что такое цифровой буфер

      Рассмотрим микросхемы ТТЛ, которые в импульсно-вычислительных устройствах логической функции не выполняют — это буферные и разрешающие элементы. Их назначение — формировать цифровые сигналы, усиливать импульсы по току, т.е. обслуживать энергоемкие цифровые нагрузки. Такими нагрузками являются прежде всего так называемые шины данных, состоящие из нескольких токоведущих дорожек на печатной плате, число которых соответствует длине передаваемых цифровых слов — байтов. Например, если в системе циркулируют восьмиразрядные байты, шина данных будет иметь восемь проводников. К шине данных подключается обычно много источников и приемников цифровых сигналов. В итоге это приводит к тому, что при передаче сигнала по проводникам шины протекают импульсные токи, составляющие десятки миллиампер. Микросхемы, обслуживающие проводники шины данных, выполняют системные функции, например, отключают от шины неиспользуемые и данный момент приемники и передатчики цифровых слов.

      Микросхемы, содержащие импульсные усилители тока цифровых сигналов принято называть буферными. Буферные микросхемы могут передавать сигнал без инверсии, либо с инверсией. Ряд таких элементов имеет вывод разрешения сигнала по входу. Очень удобными для обслуживания шин данных оказались элементы с тремя выходными состояниями: это обычные выходные состояния высокого и низкого уровней, а также размыкание (разрыв) выхода по специальной команде. Третье состояние назовем Z. Выходное сопротивление буферного элемента в данном режиме составляёт сотни килоом и сохраняется до прихода разрешающего сигнала.

      Существует несколько типов микросхем КМОП, содержащих от четырех до шести каналов (с инверсией или без инверсии), предназначенных для согласования логических уровней КМОП (напряжение высокого уровня 3. 15 В, низкого — нуль) и ТТЛ (напряжение высокого уровня не менее 2,3 В, низкого — не более 0,3 В). Заметим, что большинство этих схем преобразует уровни от КМОП к ТТЛ. Как указывалось, инвесторы К561ЛН1 и К561ЛН2 также можно использовать для преобразования уровней КМОП — ТТЛ. Для полного использования свойств сложных микросхем, а также для построения множества «нетиповых» схемотехнических узлов, разработчики активно используют микросхемы, в которых содержится несколько инверторов. Обычно они имеют повышенную нагрузопную способность.

      Буфер (электронный)

      В электронике , A буфера , в французском : усилитель сепаратора или буфером , является электронная схема предназначена для изоляции двух частей цепи, таким образом , что изменение электрических характеристик одного не влияет на другой ( CIE ). Буфер сохраняет форму сигнала. Он выполняет согласование импеданса между цепями.

      Термин буфер используется по аналогии с буфером железнодорожного вагона, предотвращая передачу ударов от одного вагона к другому.

      В цифровой электронике и информатике буфер обеспечивает целостность данных , правильно согласовывая электрический сигнал , с одной стороны, и передавая их, когда это необходимо. Это называется буферной памятью .

      Резюме

      • 1 Аналоговый
      • 2 Логика
        • 2.1 Буферный усилитель
        • 2.2 ИТ
        • 3.1 См. Также
        • 4.1 Связанные статьи

        Аналоговый

        Последовательный усилитель

        Усилитель-разветвитель необходим, когда две или более схемы обрабатывают сигнал от одного и того же источника, чтобы предотвратить изменение нагрузки одной, влияющей на вход другого. Буфер также предусмотрен, когда выход схемы может питать несколько других устройств с переменными или неизвестными характеристиками, чтобы гарантировать целостность сигнала во всех случаях.

        В аналоговой электронике простой транзистор, установленный как общий коллектор, представляет собой буфер. Но буфер часто представляет собой операционный усилитель, установленный в качестве повторителя. Он имеет единичный коэффициент усиления по напряжению и высокий коэффициент усиления по току. Таким образом, выходное напряжение равно входному напряжению. Что касается импеданса: входной каскад, обычно дифференциальная пара , имеет очень высокий входной импеданс, а выходной каскад, обычно двухтактный , имеет очень низкий выходной импеданс. В некоторых схемах внутренние компенсации позволяют ограничить полосу пропускания полезной частью.

        Логика

        Инверторный буфер по технологии CMOS

        В цифровой электронике роль буфера заключается в адаптации логического сигнала к следующему участку:

        • приведение электрического уровня в соответствие с диапазонами, соответствующими логическим значениям, для переключения с одного типа схемы на другой используется триггер Шмитта ;
        • электрически изменить форму сигнала с уменьшением времени нарастания и шума, чтобы ограничить логические ошибки;
        • передавать сигнал большему количеству компонентов благодаря разветвлению ;
        • сохраняют данные, которые обе стороны не обращаются к схеме с одинаковой скоростью, и в этом случае буфер является буфером ( буферная память ) ( Fleutry 1991 ).

        Буферный усилитель

        Функционально буфер не должен изменять логическое значение сигнала. Выполняет электрическое формование.

        Если сигнал подается логическим вентилем с низкой нагрузкой, а последняя большая на следующем этапе, сигнал может сильно ухудшиться. Буфер используется для компенсации этого. Это также делает возможным правильное переключение, когда сигнал поступает от логического элемента, грузоподъемность которого мала, а входная емкость следующего каскада высокая .

        В технологии CMOS этого можно достичь за счет уменьшения коммутируемого сопротивления:
        р ЮЗ знак равно d τ d ПРОТИВ L > = \! \ tau> \! C _ >>>>

        где — емкость заряда и время переключения: ПРОТИВ L > τ

        τ знак равно р ЮЗ ⋅ ( ПРОТИВ вне + ПРОТИВ L ) > \ cdot \ left (C _ > + C _ > \ right)>

        Технологически значение этого резистора изменяется путем изменения ширины затвора PMOS или NMOS, чтобы изменить соотношение . W п / W НЕТ / W_ >

        Но самый оптимальный способ — поставить набор инверторов, размер которых увеличивается по мере вашего продвижения. Их количество и размеры подлежат уточнению.

        Таким образом, буфер позволяет при электрически слабом выходе атаковать электрически сильные входы. Буфер также защищает сигнал от статического шума.

        Информатика

        При обработке данных понятие буферной памяти распространяется на части оперативной памяти, которые программа назначает этой функции. Слово буфер в этом смысле встречается во многих языках программирования .

        Примечания и ссылки

        Смотрите также

        Библиография

        : документ, использованный в качестве источника для этой статьи.

        • Международная электротехническая комиссия , «Колебания, сигналы и связанные с ними устройства» , в IEC 60050 «Международный электротехнический словарь» , 2016 г. ( 1- е изд. 1992) ( читать онлайн ) , с. 702-09-21 развязывающий усилитель
        • Мишель Флютри , Энциклопедический словарь англо-французской электроники , The Dictionary House, 1991 г. ( ISBN2-85608-043-X ) , стр. 90
        • [YUAN09] (ru) Юань Таур и Так Х. Нин , Основы современных устройств СБИС , Кембридж, Издательство Кембриджского университета , 2009 г. , 2- е изд. , 680 с. ( ISBN978-0-521-83294-6 )
        • [KAES08] (ru) Хуберт Кэслин , Разработка цифровых интегральных схем : от архитектур СБИС до изготовления КМОП , Кембридж, Издательство Кембриджского университета , 2008 г. , 1- е изд. , 845 с. ( ISBN978-0-521-88267-5 , онлайн-презентация )
        • [CIME98] К. Чимелли и Р. Буржерон , Руководство для техников-электронщиков: освоить анализ и проектирование , Париж, Hachette Technique , колл. «Промышленные гиды», 1998 г. , 288 с. ( ISBN978-2-01-167586-6 )
        • [Neil11] (ru) Нил Х. Весте и Дэвид Мани Харрис , Разработка интегральных схем , Бостон, Пирсон , 2011 г. , 4- е изд. , 751 с. ( ISBN978-0-321-69694-6 )
        • [FLOY04] Томас Л. Флойд , Электроника: компоненты и прикладные системы , Квебек, Рейнальд Гуле, 2004 г. , 5- е изд. , 1049 с. ( ISBN978-2-89377-292-9 )

        Статьи по Теме

        • Печать с тремя состояниями
        • Повторитель

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *