Цифровой буфер - работа, определение, таблица истинности, двойная инверсия, разветвление

Буферный каскад в основном представляет собой усиленный промежуточный каскад, который позволяет входному току достигать выхода, не подвергаясь воздействию выходной нагрузки.

В этом посте мы попытаемся понять, что такое цифровые буферы, и рассмотрим их определение, символ, таблицу истинности, двойную инверсию с использованием логического элемента «НЕ», разветвление цифрового буфера, разветвление, буфер с тремя состояниями, Эквивалент переключателя буфера с тремя состояниями, активный буфер с тремя состояниями «HIGH», активный буфер с тремя состояниями, инвертирующий «HIGH», буфер с тремя состояниями в активном состоянии «LOW», буфер с активными состояниями «LOW», с тремя состояниями, управление буфером с тремя состояниями , управление шиной данных буфера с тремя состояниями и, наконец, мы рассмотрим широко доступные ИС цифрового буфера и буфера с тремя состояниями.

В одном из предыдущих постов мы узнали о логическом элементе «НЕ», который еще называют цифровым инвертором. В вентиле НЕ выход всегда дополняет вход.

Таким образом, если вход «ВЫСОКИЙ», выход становится «НИЗКИЙ», если вход «НИЗКИЙ», выход становится «ВЫСОКИЙ», поэтому это называется инвертором.

Может возникнуть ситуация, когда выход необходимо отделить или изолировать от входа, или в случаях, когда вход может быть довольно слабым и должен управлять нагрузками, требующими более высокого тока, без изменения полярности сигнала с помощью реле, транзистора и т. Д. В таких ситуациях цифровые буферы становятся полезными и эффективно применяются в качестве буферов между источником сигнала и фактическим каскадом драйвера нагрузки.

Такой логические ворота который может выдавать выходной сигнал так же, как входной, и действовать как промежуточный буферный каскад, называется цифровым буфером.

Цифровой буфер не выполняет инверсию подаваемого сигнала и также не является устройством «принятия решения», как логический элемент «НЕ», но выдает тот же выход, что и вход.

Иллюстрация цифрового буфера:

Вышеупомянутый символ похож на логический элемент «НЕ» без «о» на вершине треугольника, что означает, что он не выполняет инверсию.

Булево уравнение для цифрового буфера: Y = A.

«Y» - это вход, а «A» - выход.

Таблица истинности:

Двойная инверсия с использованием логических элементов «НЕ»:

Цифровой буфер может быть построен с использованием двух логических вентилей «НЕ» следующим образом:

Входной сигнал сначала инвертируется первым логическим элементом НЕ с левой стороны, а затем инвертированный сигнал инвертируется следующим вентилем «НЕ» с правой стороны, что делает выход таким же, как вход.

Почему используются цифровые буферы

Теперь вы можете почесать голову, почему цифровой буфер вообще существует, он не выполняет никаких операций, как другие логические элементы, мы могли бы просто выбросить цифровой буфер из схемы и подключить кусок провода ……. Правильно? Ну не совсем.

Вот ответ : Логический вентиль не требует высокого тока для выполнения каких-либо операций. Достаточно просто уровня напряжения (5В или 0В) при малом токе.

Все типы логических вентилей в первую очередь поддерживают встроенный усилитель, так что выход не зависит от входных сигналов. Если мы последовательно соединим два логических элемента «НЕ», мы получим ту же полярность сигнала, что и вход на выходном контакте, но с относительно более высоким током. Другими словами, цифровой буфер работает как цифровой усилитель.

Цифровой буфер может использоваться в качестве каскада изоляции между каскадами генератора сигналов и каскадами драйвера, а также помогает предотвратить влияние импеданса одной цепи на другую.

Цифровой буфер может обеспечить более высокие токи, которые можно использовать для более эффективного управления переключающими транзисторами.

Цифровой буфер обеспечивает более высокое усиление, которое также называется возможностью «разветвления».

Возможность разветвления цифрового буфера:

ВЕНТИЛЯТОР : Разветвление можно определить как количество логических вентилей или цифровых ИС, которые могут управляться параллельно с помощью цифрового буфера (или любых цифровых ИС).

Типичный цифровой буфер имеет разветвление 10, что означает, что цифровой буфер может управлять 10 цифровыми ИС параллельно.

ВЕНТИЛЯТОР : Разветвление - это количество цифровых входов, которые могут быть приняты цифровым логическим вентилем или цифровой ИС.

На приведенной выше схеме цифровой буфер имеет разветвление 1, что означает один вход. Логический вентиль «И» с 2 входами имеет разветвление по двум и так далее.

Как показано на схеме выше, буфер подключен к 3 входам трех разных логических вентилей.

Если мы просто подключим кусок провода вместо буфера в приведенной выше схеме, входной сигнал может не иметь достаточного тока, что приведет к падению напряжения на затворах и может даже не распознать сигнал.

Итак, в заключение, цифровой буфер используется для усиления цифрового сигнала с более высоким выходным током.

Буфер с тремя состояниями

Теперь мы знаем, что делает цифровой буфер и почему он существует в электронных схемах. Эти буферы имеют два состояния «ВЫСОКИЙ» и «НИЗКИЙ». Существует еще один тип буфера, называемый «буфер с тремя состояниями».

Этот буфер имеет дополнительный вывод, называемый «вывод включения». Используя контакт включения, мы можем подключать или отключать выход от входа электронным способом.

Как обычный буфер, он работает как цифровой усилитель и выдает выходной сигнал, такой же, как и входной, с той лишь разницей, что выход может быть подключен и отключен электронным способом с помощью контакта включения.

Таким образом, вводится третье состояние, в котором выход не является ни «ВЫСОКИМ», ни «НИЗКИМ», а является состоянием разомкнутой цепи или высоким импедансом на выходе и не будет реагировать на входные сигналы. Это состояние называется «HIGH-Z» или «HI-Z».

Выше приведена эквивалентная схема буфера с тремя состояниями. Контакт включения может подключать или отключать выход от входа.

Существует четыре типа буфера с тремя состояниями:
• Активный буфер с тремя состояниями «HIGH»
• Активный буфер с тремя состояниями «LOW»
• Активный «HIGH» инвертирующий буфер с тремя состояниями
• Активный инвертирующий буфер с тремя состояниями «LOW»
Рассмотрим каждую из них по порядку.

Активный буфер с тремя состояниями «HIGH»

В активном буфере с тремя состояниями «HIGH» (например, 74LS241) выходной контакт подключается к входному контакту, когда мы подаем «HIGH» или «1» или положительный сигнал на разрешающий контакт.

Если мы подадим «LOW» или «0» или отрицательный сигнал на вывод включения, выход отключается от входа и переходит в состояние «HI-Z», где выход не будет реагировать на вход, а выход будет в состоянии разомкнутой цепи.

Активный буфер с тремя состояниями «LOW»

Здесь выход будет соединен со входом, когда мы подадим «LOW» или «0» или отрицательный сигнал на вывод включения.
Если мы подадим «HIGH», «1» или положительный сигнал для включения контакта, выход будет отключен от входа, и выход будет в состоянии «HI-Z» / состоянии разомкнутой цепи.

Таблица истинности:

Активный «HIGH» инвертирующий буфер с тремя состояниями

В активном «HIGH» инвертирующем буфере с тремя состояниями (пример: 74LS240) вентиль действует как логический вентиль «НЕ», но с выводом разрешения.

Если мы подаем «HIGH», «1» или положительный сигнал на разрешающий вход, вентиль активируется и действует как обычный логический вентиль «НЕ», где его выход инвертируется / дополняет вход.
Если мы подадим «НИЗКИЙ», «0» или отрицательный сигнал на контакт включения, выход будет в «HI-Z» или в состоянии разомкнутой цепи.

Таблица истинности:

Активный «LOW» инвертирующий буфер с тремя состояниями:

В активном инвертирующем буфере с тремя состояниями «LOW» вентиль действует как логический вентиль «НЕ», но с разрешающим выводом.

Если мы подаем «LOW», «0» или отрицательный сигнал для включения вывода, вентиль активируется и работает как обычный логический вентиль «НЕ».
Если мы подадим «HIGH», «1» или положительный сигнал для включения контакта, выходной контакт будет в состоянии «HI-Z» / состоянии разомкнутой цепи.

Таблица истинности:

Управление буфером с тремя состояниями:

Из вышесказанного мы видели, что буфер может обеспечивать цифровое усиление, а буферы с тремя состояниями могут полностью отключать свой выход от входа и давать состояние разомкнутой цепи.

В этом разделе мы узнаем о применении буфера с тремя состояниями и о том, как он используется в цифровых схемах для эффективного управления передачей данных.

В цифровых схемах мы можем найти шину данных / провода, передающие данные, они несут все виды данных по одной шине, чтобы уменьшить перегрузку проводки / уменьшить следы печатных плат, а также снизить стоимость производства.

На каждом конце шины подключено несколько логических устройств, микропроцессоров и микроконтроллеров, которые пытаются общаться друг с другом одновременно, что создает нечто, называемое конфликтом.

Конфликт возникает в цепи, когда некоторые устройства в шине устанавливают «ВЫСОКИЙ» уровень, а некоторые устройства одновременно «ВЫСОКИЙ», что вызывает короткое замыкание и повреждение цепи.

Буфер с тремя состояниями может избежать такой конкуренции и правильно отправлять и получать данные по шине.

Буфер с тремя состояниями используется для изоляции логических устройств, микропроцессоров и микроконтроллеров друг от друга на шине данных. Декодер позволяет только одному набору буферов с тремя состояниями передавать данные через шину.

Скажем, если набор данных «A» подключен к микроконтроллеру, набор данных «B» - к микропроцессору, а набор данных «C» - к некоторым логическим схемам.

На приведенной выше схеме все буферы являются активными буферами с тремя состояниями.

Когда декодер устанавливает ENA «HIGH», набор данных «A» активирован, теперь микроконтроллер может отправлять данные по шине.

Остальные два набора данных «B» и «C» находятся в состоянии «HI-Z» или с очень высоким импедансом, который электрически изолирует микропроцессор и логические схемы от шины, которая в настоящее время используется микроконтроллером.

Когда декодер устанавливает ENB «HIGH», набор данных «B» может отправлять данные по шине, а остальные наборы данных «A» и «C» изолированы от шины в состоянии «HI-Z». Аналогично, когда включен набор данных «C».

Шина данных используется любым из наборов данных «A», «B» или «C» в данный момент времени для предотвращения конфликтов.

Мы также можем установить дуплексную (двунаправленную) связь, подключив два буфера с тремя состояниями параллельно и в противоположном направлении. Контактные штифты можно использовать для управления направлением. Для такого рода приложений можно использовать IC 74245.

Вот общедоступный список цифровых буферов и буферов с тремя состояниями:

• 74LS07 Hex неинвертирующий буфер
• Шестнадцатеричный буфер / драйвер 74LS17
• Восьмеричный буфер / линейный драйвер 74LS244
• Восьмеричный двунаправленный буфер 74LS245
• CD4050 Hex неинвертирующий буфер
• CD4503 шестнадцатеричный буфер трех состояний
• Восьмеричный буфер с тремя состояниями HEF40244

На этом мы завершаем обсуждение того, как работают цифровые буферы, и их различных цифровых конфигураций. Надеюсь, это помогло вам хорошо разобраться в деталях. Если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы или предложения, выражайте свои вопросы в разделе комментариев, вы можете получить быстрый ответ.