Цифров буфер - работещ, дефиниция, таблица на истината, двойна инверсия, вентилация

Буферен етап, основно подсилен междинен етап, който позволява на входния ток да достигне изхода, без да бъде повлиян от натоварването на изхода.

В тази публикация ще се опитаме да разберем какво представляват цифровите буфери и ще разгледаме неговата дефиниция, символ, таблица на истината, двойна инверсия, използвайки логическа „НЕ“ порта, изходящ вентилатор на цифров буфер, трибутарен буфер, еквивалент на превключвател на три състояния на буфер, активен буфер на три състояния „HIGH“, инвертиращ буфер на три състояния „HIGH“, активен буфер на три състояния „LOW“, активен инвертиращ буфер на три състояния „LOW“, контрол на буфер на три състояния , контрол на шината за данни на буфер с три състояния и накрая ще направим преглед на често достъпните интегрални схеми на цифровия буфер и три състояния на буфера.

В един от предишните постове научихме за логическата „НЕ“ порта, която също се нарича цифров инвертор. В NOT порта изходът винаги е допълващ към входа.

Така че, ако входът е “HIGH”, изходът се превръща в “LOW”, ако входът е “LOW”, изходът се превръща в “HIGH”, така че това се нарича инвертор.

Може да има ситуация, при която изходът трябва да бъде отделен или изолиран от входа, или в случаите, когато входът може да е доста слаб и трябва да задвижва товари, изискващи по-висок ток, без да обръща полярността на сигнала с помощта на реле или транзистор и т.н. В такива ситуации цифровите буфери стават полезни и ефективно се прилагат като буфери между източника на сигнал и действителния етап на драйвера на натоварване.

Такива логически порти който може да доставя изходен сигнал, същият като входния и да действа като междинен буферен етап, се нарича цифров буфер.

Цифровият буфер не извършва никаква инверсия на подавания сигнал и също не е устройство за „вземане на решения“, като логическа порта „НЕ“, но издава същия изход като входа.

Илюстрация на цифров буфер:

Горният символ е подобен на логическата „NOT“ порта без „o“ на върха на триъгълника, което означава, че не извършва никаква инверсия.

Булевото уравнение за цифровия буфер е Y = A.

„Y“ е входът и „A“ изход.

Таблица на истината:

Двойна инверсия, използвайки логически „НЕ“ порти:

Цифров буфер може да бъде конструиран, като се използват две логически 'NOT' порти по следния начин:

Входният сигнал първо се инвертира от първата NOT порта от лявата страна, а след това инвертираният сигнал се инвертира допълнително от следващата 'NOT' порта от дясната страна, което прави изхода същият като входния.

Защо се използват цифрови буфери

Сега може да си почешете главата защо цифровият буфер дори съществува, той не извършва никаква операция като други логически порти, бихме могли просто да изхвърлим цифровия буфер от верига и да свържем парче жица ... правилно? Ами не наистина.

Ето отговора : Логическата порта не изисква висок ток за извършване на каквито и да е операции. Просто се изисква ниво на напрежение (5V или 0V) при нисък ток е достатъчно.

Всички видове логически порти поддържат предимно вграден усилвател, така че изходът да не зависи от входните сигнали. Ако последователно каскадираме две логически 'НЕ' порта, получаваме същата полярност на сигнала като входния сигнал на изходния щифт, но с относително по-висок ток. С други думи цифровият буфер работи като цифров усилвател.

Цифровият буфер може да се използва като изолиращ етап между етапите на генератора на сигнала и етапите на драйвера, а също така помага да се предотврати импеданс, засягащ една верига от друга.

Цифровият буфер може да осигури по-висока токова способност, която може да се използва за по-ефективно управление на превключващите транзистори.

Цифровият буфер осигурява по-високо усилване, което също се нарича способност за „раздухване“.

Възможност за вентилиране на цифров буфер:

ФЕН-ОТ : Вентилаторът може да бъде дефиниран като брой логически порта или цифрови интегрални схеми, които могат да бъдат задвижвани паралелно от цифров буфер (или някакви цифрови интегрални схеми).

Типичният цифров буфер има вентилатор от 10, което означава, че цифровият буфер може да управлява 10 цифрови интегрални схеми паралелно.

ВЕНТИЛАТОР : Вентилаторът е броят на цифровите входове, които могат да бъдат приети от цифровата логическа порта или цифровата интегрална схема.

В горната схема цифровият буфер има вентилатор от 1, което означава един вход. Логическата „И“ порта с 2 входа има вентилатор от две и така нататък.

От горната схема буфер е свързан към 3-те входа на три различни логически порта.

Ако просто свържем парче жица на мястото на буфера в горната верига, входният сигнал може да не е с достатъчен ток и да доведе до падане на напрежението през портите и дори да не разпознае сигнала.

В заключение се използва цифров буфер за усилване на цифров сигнал с по-висок токов изход.

Три държавен буфер

Сега знаем какво прави цифровият буфер и защо съществува в електронните схеми. Тези буфери имат две състояния „HIGH“ и „LOW“. Съществува и друг тип буфер, наречен „Tri-state buffer“.

Този буфер има допълнителен щифт, наречен “Enable pin”. С помощта на разрешаващия щифт можем да свързваме или изключваме изхода от входа по електронен път.

Подобно на обикновен буфер, той работи като цифров усилвател и дава изходен сигнал, същият като входния сигнал, единствената разлика е, че изходът може да бъде свързан по електронен път и изключен от активиращия щифт.

Така се въвежда трето състояние, при което изходът не е нито „HIGH“, нито „LOW“, а състояние на отворена верига или висок импеданс на изхода и няма да реагира на входните сигнали. Това състояние се нарича „HIGH-Z“ или „HI-Z“.

Горното е еквивалентната схема на три-буферния буфер. Разрешаващият щифт може да свърже или разкачи изхода от входа.

Има четири типа буфер с три състояния:
• Активен буфер за три състояния „HIGH“
• Активен буфер с три състояния “LOW”
• Активен “HIGH” инвертиращ буфер с три състояния
• Активен инвертиращ буфер с три състояния “LOW”
Нека да разгледаме всеки от тях последователно.

Активен буфер за три състояния „HIGH“

В активния буфер за три състояния “HIGH” (например: 74LS241) изходният щифт се свързва с входния щифт, когато прилагаме “HIGH” или “1” или положителен сигнал на щифта за активиране.

Ако приложим „LOW“ или „0“ или отрицателен сигнал към щифта за активиране, изходът се изключва от входа и преминава в състояние „HI-Z“, където изходът няма да реагира на входа и изходът ще бъде в състояние на отворена верига.

Активен буфер с три състояния „LOW“

Тук изходът ще бъде свързан към входа, когато приложим “LOW” или “0” или отрицателен сигнал на щифта за активиране.
Ако приложим “HIGH” или “1” или положителен сигнал за активиране на щифта, изходът се изключва от входа и изходът ще бъде в състояние “HI-Z” / състояние на отворена верига.

Таблица на истината:

Активен „HIGH“ инвертиращ буфер с три състояния

При активен инвертиращ буфер „HIGH“ с три състояния (пример: 74LS240) портата действа като логическа порта „NOT“, но с активиращия щифт.

Ако приложим „HIGH“ или „1“ или положителен сигнал на разрешения вход, портата се активира и действа като обикновена логическа „NOT“ порта, където изходът му е инверсия / допълване на входа.
Ако приложим “LOW” или “0” или отрицателен сигнал към разрешаващия щифт, изходът ще бъде в състояние “HI-Z” или в отворена верига.

Таблица на истината:

Активен инвертиращ буфер с три състояния „LOW“:

При активен инвертиращ буфер с три състояния „LOW“ портата действа като логическа „NOT“ порта, но с активиращ щифт.

Ако приложим “LOW” или “0” или отрицателен сигнал за активиране на щифта, портата се активира и работи като обикновената логическа “NOT” порта.
Ако приложим “HIGH” или “1” или положителен сигнал за активиране на щифта, изходният щифт ще бъде в състояние “HI-Z” / състояние на отворена верига.

Таблица на истината:

Контрол на буфера с три състояния:

От гореизложеното видяхме, че буферът може да осигури цифрово усилване, а буферите с три състояния могат напълно да изключат изхода си от входа и да дадат състояние на отворена верига.

В този раздел ще научим за приложението на три състоянието буфер и как той се използва в цифрови схеми за ефективно управление на комуникацията на данни.

В цифровите схеми можем да намерим шина за данни / проводници, пренасящи данни, те носят всички видове данни в една шина, за да намалят задръстванията на кабелите / да намалят следите от печатни платки и също така да намалят производствените разходи.

Във всеки край на шината са свързани множество логически устройства, микропроцесори и микроконтролери, които се опитват да комуникират едновременно, което създава нещо, наречено спор.

Спорът възниква във верига, когато някои устройства в шината задвижват „HIGH“, а някои устройства задвижват „LOW“ едновременно, което причинява късо съединение и причинява повреда във верига.

Буферът с три състояния може да избегне подобно противоречие и правилно да изпраща и получава данни през шина.

Буферът с три състояния се използва за изолиране на логически устройства, микропроцесори и микроконтролери един от друг в шина за данни. Декодерът позволява само един набор от три състояния буфери да предава данни през шината.

Да кажем, ако наборът от данни „A“ е свързан към микроконтролер, набор от данни „B“ към микропроцесор и набор от данни „C“ към някои логически вериги.

В горната схема всички буфери са активен буфер с три състояния.

Когато декодерът зададе ENA “HIGH”, наборът от данни “A” е активиран, сега микроконтролерът може да изпраща данни през шината.

Останалите два набора от данни „B“ и „C“ са в състояние „HI-Z“ или с много висок импеданс, което електрически изолира микропроцесора и логическите вериги от шината, която в момента се използва от микроконтролера.

Когато декодерът зададе ENB „HIGH“, наборът от данни „B“ може да изпраща данни през шината, а останалите набори от данни „A“ и „C“ са изолирани от шината в състояние „HI-Z“. По същия начин, когато е активиран набор от данни „C“.

Шината за данни се използва от всеки от наборите данни „A“ или „B“ или „C“ в даден момент, за да се предотврати противоречие.

Също така можем да установим дуплексна (двупосочна) комуникация чрез свързване на два трибуферни буфера паралелно и в обратна посока. Разрешаващите щифтове могат да се използват като управление на посоката. За такъв вид приложения може да се използва IC 74245.

Ето списъка с често достъпни списъци с цифрови буфери и буфери с три състояния:

• 74LS07 Hex неинвертиращ буфер
• 74LS17 Hex буфер / драйвер
• 74LS244 осмичен буфер / линеен драйвер
• 74LS245 Октален двупосочен буфер
• CD4050 Hex неинвертиращ буфер
• CD4503 Hex три-буферен буфер
• HEF40244 три-щатов осмичен буфер

С това приключваме дискусията ни относно това как работят цифровите буфери и различните им цифрови конфигурации, надявам се да ви помогна да разберете добре детайлите. Ако имате допълнителни въпроси или предложения, моля, изразете въпросите си в раздела за коментари, за да получите бърз отговор.