Digital buffer - Arbejde, definition, sandhedstabel, dobbelt inversion, fan-out

Et buffertrin er i grunden et forstærket mellemtrin, som gør det muligt for inputstrømmen at nå output uden at blive påvirket af outputbelastningen.

I dette indlæg vil vi forsøge at forstå, hvad digitale buffere er, og vi vil se på dens definition, symbol, sandhedstabel, dobbelt inversion ved hjælp af logisk 'IKKE' -port, digital bufferventilator ud, tri-state buffer, tri state buffer switch ækvivalent, Aktiv “HIGH” tri-state buffer, Aktiv “HIGH” inverterende tri-state buffer, Aktiv “LOW” tilstand tri-state buffer, Aktiv “LOW” inverterende Tri-state buffer, tri-state buffer kontrol , tri-state bufferdatabusstyring og endelig vil vi tage et overblik over almindeligt tilgængelige digitale buffer- og tri-state-buffer-IC'er.

I et af de tidligere indlæg lærte vi om logik “IKKE” gate, der også kaldes digital inverter. I en IKKE gate er output altid et supplement til input.

Så hvis indgangen er “HIGH” bliver udgangen “LAV”, hvis indgangen er “LAV” bliver udgangen “HIGH”, så dette kaldes som inverter.

Der kan være en situation, hvor udgangen skal adskilles eller isoleres fra indgangen, eller i tilfælde, hvor indgangen kan være ret svag og skal køre belastninger, der kræver højere strøm uden at vende signalets polaritet ved hjælp af et relæ eller transistor osv. I sådanne situationer bliver digitale buffere nyttige og anvendes effektivt som buffere mellem signalkilden og den aktuelle belastningsdriver.

Sådan logiske porte som kan levere signaloutput som input og fungere som mellemliggende buffertrin kaldes digital buffer.

En digital buffer udfører ikke nogen inversion af det tilførte signal, og det er heller ikke en 'beslutningstagende' enhed, som den logiske 'IKKE' -port, men giver den samme output som input.

Illustration af digital buffer:

Ovenstående symbol svarer til logisk 'IKKE' -port uden 'o' ved spidsen af ​​trekanten, hvilket betyder, at den ikke udfører nogen inversion.

Den boolske ligning for den digitale buffer er Y = A.

“Y” er input og “A” output.

Sandhedstabel:

Dobbelt inversion ved hjælp af logiske 'IKKE' porte:

En digital buffer kan konstrueres ved hjælp af to logiske 'IKKE' porte på følgende måde:

Indgangssignalet inverteres først af den første NOT-gate på venstre side, og det inverterede signal inverteres derefter yderligere af den næste “NOT” -port på højre side, hvilket gør output det samme som input.

Hvorfor bruges digitale buffere

Nu skraber du måske hovedet på, hvorfor den digitale buffer overhovedet eksisterer, den udfører ikke nogen operation som andre logiske porte, vi kunne bare smide den digitale buffer ud af et kredsløb og forbinde et stykke ledning ...…. Korrekt? Nå ikke rigtig.

Her er svaret : En logisk gate kræver ikke høj strøm for at udføre nogen operationer. Det kræver bare et spændingsniveau (5V eller 0V) ved lav strøm er nok.

Alle typer logiske porte understøtter primært en indbygget forstærker, så udgangen ikke er afhængig af indgangssignaler. Hvis vi kaskaderer to logiske 'IKKE' porte i serie, får vi samme signalpolaritet som input ved udgangsstiften, men med relativt højere strøm. Med andre ord fungerer digital buffer som en digital forstærker.

En digital buffer kan bruges som et isoleringstrin mellem signalgeneratorfaser og driverfaser, det hjælper også med at forhindre impedans, der påvirker et kredsløb fra et andet.

En digital buffer kan give højere strømfunktioner, som kan bruges til at drive koblingstransistorer mere effektivt.

Den digitale buffer giver højere forstærkning, som også kaldes 'fan-out' -funktion.

Digital buffer fan-out kapacitet:

FAN-OUT : Fan-out kan defineres som antallet af logiske porte eller digitale IC'er, der kan drives parallelt af en digital buffer (eller ethvert digitalt IC).

En typisk digital buffer har fan-out på 10, hvilket betyder, at den digitale buffer kan drive 10 digitale IC'er parallelt.

FAN-IN : Fan-in er antallet af digitale indgange, der kan accepteres af den digitale logiske gate eller digital IC.

I ovenstående skematisk har den digitale buffer fan-in på 1, hvilket betyder en indgang. En '2-input' logisk 'AND' -port har fan-in på to og så videre.

Fra ovenstående skematisk er en buffer forbundet til de 3 indgange i tre forskellige logiske porte.

Hvis vi bare forbinder et stykke ledning i stedet for bufferen i ovenstående kredsløb, er indgangssignalet muligvis ikke med tilstrækkelig strøm og får spændingen til at falde over porte og genkender måske ikke engang signalet.

Så til sidst bruges en digital buffer til at forstærke et digitalt signal med højere strømudgang.

Tri-state buffer

Nu ved vi, hvad en digital buffer gør, og hvorfor den findes i elektroniske kredsløb. Disse buffere har to tilstande “HIGH” og “LOW”. Der er en anden type buffer kaldet “Tri-state buffer”.

Denne buffer har en ekstra pin kaldet “Enable pin”. Ved hjælp af aktiveringsstiften kan vi tilslutte eller afbryde output fra input elektronisk.

Som en normal buffer fungerer den som digital forstærker og giver udgangssignal som indgangssignalet, den eneste forskel er, at udgangen kan tilsluttes elektronisk og frakobles af aktiveringsstiften.

Så en tredje tilstand introduceres, i denne er udgangen hverken “HIGH” eller “LOW” men en åben kredsløbstilstand eller høj impedans ved udgangen og vil ikke svare på indgangssignalerne. Denne tilstand kaldes “HIGH-Z” eller “HI-Z”.

Ovenstående er det ækvivalente kredsløb for tri-state-bufferen. Aktiveringstappen kan tilslutte eller afbryde output fra input.

Der er fire typer Tri-state buffer:
• Aktiv “HIGH” Tri-state buffer
• Aktiv “LAV” Tri-state buffer
• Aktiv “HIGH” inverterende Tri-state buffer
• Aktiv “LAV” inverterende Tri-state buffer
Lad os se hver af dem sekventielt.

Aktiv “HIGH” tri-state buffer

I den aktive “HIGH” tri-state buffer (for eksempel: 74LS241) forbindes output pin til input pin når vi anvender “HIGH” eller “1” eller positivt signal på aktiverings pin.

Hvis vi anvender “LAV” eller “0” eller negativt signal til aktiveringsstiften, afbrydes udgangen fra input og går til “HI-Z” -tilstand, hvor udgangen ikke reagerer på input, og output vil være i åben kredsløbstilstand.

Aktiv “LAV” tri-state buffer

Her vil output blive forbundet til input, når vi anvender “LAV” eller “0” eller negativt signal på aktiveringsstiften.
Hvis vi anvender “HIGH” eller “1” eller et positivt signal for at aktivere pin, bliver output frakoblet input og output vil være i “HI-Z” tilstand / åben kredsløb tilstand.

Sandhedstabel:

Aktiv “HIGH” inverterende Tri-state buffer

I aktiv 'HIGH' inverterende Tri-state buffer (eksempel: 74LS240) fungerer porten som logisk 'IKKE' port, men med aktiveringsstiften.

Hvis vi anvender “HIGH” eller “1” eller positivt signal ved aktiveringsindgangen, bliver porten aktiveret og fungerer som en almindelig logisk “IKKE” gate, hvor dens output er inversion / komplementær af input.
Hvis vi anvender “LAV” eller “0” eller negativt signal til aktiveringsstiften, vil udgangen være i “HI-Z” eller åben kredsløbstilstand.

Sandhedstabel:

Aktiv “LAV” inverterende Tri-state buffer:

I aktiv “LAV” inverterende Tri-state buffer fungerer porten som logisk “IKKE” port, men med aktiveringsstift.

Hvis vi anvender 'LAV' eller '0' eller negativt signal for at aktivere pin, aktiveres porten og fungerer som almindelig logisk 'IKKE' port.
Hvis vi anvender “HIGH” eller “1” eller et positivt signal for at aktivere pin, vil output pin være i “HI-Z” tilstand / åben kredsløb tilstand.

Sandhedstabel:

Tri-state Buffer Control:

Fra ovenstående så vi, at en buffer kan tilvejebringe digital forstærkning, og tri-state buffere kan helt frakoble dens output fra input og give åben kredsløbstilstand.

I dette afsnit vil vi lære om anvendelsen af ​​tri-state buffer og hvordan den bruges i digitale kredsløb til effektiv styring af datakommunikation.

I digitale kredsløb kan vi finde en databus / ledninger, der bærer data, de bærer alle slags data i en enkelt bus for at reducere ledningsbelastning / reducere PCB-spor og også reducere produktionsomkostningerne.

I hver ende af bussen er flere logiske enheder, mikroprocessorer og mikrokontroller forbundet, som forsøger at kommunikere hinanden samtidigt, hvilket skaber noget, der kaldes strid.

Strid opstår i et kredsløb, når nogle enheder i en bus kører “HIGH”, og nogle enheder driver “LOW” samtidigt, hvilket forårsager kortslutning og forårsager skader i et kredsløb.

Tri-state buffer kan undgå sådan strid og korrekt sende og modtage data via en bus.

Tri-state bufferen bruges til at isolere logiske enheder, mikroprocessorer og mikrocontrollere fra hinanden i en databus. En dekoder tillader kun et sæt tri-state buffere at føre data gennem bussen.

Sig, om datasættet 'A' er forbundet til en mikrokontroller, datasættet 'B' til en mikroprocessor og datasættet 'C' til nogle logiske kredsløb.

I ovenstående skematisk er alle buffere aktiv høj tri-state buffer.

Når dekoderen indstiller ENA “HIGH”, er datasættet “A” aktiveret, nu kan mikrocontrolleren sende data gennem bussen.

Resten af ​​de to datasæt 'B' og 'C' er i 'HI-Z' eller tilstand med meget høj impedans, som elektrisk isolerer mikroprocessoren og de logiske kredsløb fra bussen, som i øjeblikket bruges af mikrokontrolleren.

Når dekoderen indstiller ENB 'HIGH', kan datasættet 'B' sende data over bussen, og resten af ​​datasættene 'A' og 'C' isoleres fra bussen i 'HI-Z' -tilstand. Tilsvarende for når datasættet 'C' er aktiveret.

Databussen bruges af ethvert af datasættene “A” eller “B” eller “C” på et givet tidspunkt for at forhindre strid.

Vi kan også etablere duplex (tovejs) kommunikation ved at forbinde to tri-state buffere parallelt og i modsat retning. Aktiveringstappene kan bruges som retningskontrol. Til en sådan type applikationer kan IC 74245 bruges.

Her er den almindeligt tilgængelige liste over digitale buffere og Tri-state buffere:

• 74LS07 Hex ikke-inverterende buffer
• 74LS17 Hex Buffer / Driver
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 oktal tovejs buffer
• CD4050 Hex ikke-inverterende buffer
• CD4503 Hex Tri-state Buffer
• HEF40244 Tri-state Octal Buffer

Dette afslutter vores diskussion om, hvordan digitale buffere fungerer, og deres forskellige digitale konfigurationer, jeg håber, det hjalp dig med at forstå detaljerne godt. Hvis du har yderligere spørgsmål eller forslag, bedes du udtrykke dine spørgsmål i kommentarfeltet, du kan få et hurtigt svar.