Digital Buffer - Working, Definition, Truth Table, Double Inversion, Fan-out

Et buffertrinn i utgangspunktet et forsterket mellomtrinn som gjør at inngangsstrømmen når utgangen uten å bli påvirket av utgangsbelastningen.

I dette innlegget vil vi prøve å forstå hva digitale buffere er, og vi vil se på definisjonen, symbolet, sannhetstabellen, dobbel inversjon ved hjelp av logisk 'IKKE' -port, digital buffer vifte ut vifte inn, tri-state buffer, tri state buffer switch equivalent, Active “HIGH” tri-state buffer, Active “HIGH” inverterende tri-state buffer, Active “LOW” state tri-state buffer, Active “LOW” inverterende Tri-state buffer, tri-state buffer control , tri-state buffer data bus control og til slutt vil vi ta en oversikt over vanlig tilgjengelige digitale buffer og tri state buffer ICer.

I et av de forrige innleggene lærte vi om logikk “IKKE” gate som også kalles digital inverter. I en IKKE gate er utgangen alltid komplementær til inngangen.

Så hvis inngangen er “HIGH” blir utgangen “LAV”, hvis inngangen er “LAV” blir utgangen “HIGH”, så dette kalles omformer.

Det kan være en situasjon der utgangen må skilles eller isoleres fra inngangen, eller i tilfeller der inngangen kan være ganske svak og trenger å drive belastninger som krever høyere strøm uten å invertere polariteten til signalet ved hjelp av et relé eller transistor etc. I slike situasjoner blir digitale buffere nyttige og blir effektivt brukt som buffere mellom signalkilden og det faktiske belastningsdriverstadiet.

Slik logiske porter som kan levere signalutgang samme som inngang og fungere som mellomliggende buffertrinn kalles digital buffer.

En digital buffer utfører ingen inversjon av det matede signalet, og det er heller ikke en 'beslutningstaking' -enhet, som logisk 'IKKE' -port, men gir samme utgang som inngang.

Illustrasjon av Digital Buffer:

Ovennevnte symbol ligner på logisk “IKKE” gate uten “o” på tuppen av trekanten, noe som betyr at den ikke utfører noen inversjon.

Den boolske ligningen for den digitale bufferen er Y = A.

“Y” er inngangen og “A” -utgangen.

Sannhetstabell:

Dobbel inversjon ved hjelp av logiske 'IKKE' porter:

En digital buffer kan konstrueres ved hjelp av to logiske 'IKKE' porter på følgende måte:

Inngangssignalet blir først invertert av den første NOT-porten på venstre side, og det inverterte signalet blir deretter ytterligere invertert av den neste 'NOT' -porten på høyre side, noe som gjør utgangen den samme som inngangen.

Hvorfor digitale buffere brukes

Nå klør du kanskje på hodet på hvorfor den digitale bufferen til og med eksisterer, den utfører ingen operasjoner som andre logiske porter, vi kan bare kaste den digitale bufferen ut av en krets og koble et stykke ledning ……. Riktig? Vel egentlig ikke.

Her er svaret : En logisk gate krever ikke høy strøm for å utføre noen operasjoner. Det krever bare et spenningsnivå (5V eller 0V) ved lav strøm er nok.

Alle typer logiske porter støtter primært en innebygd forsterker slik at utgangen ikke er avhengig av inngangssignaler. Hvis vi kaskaderer to logiske 'IKKE' porter i serie, får vi samme signalpolaritet som inngang på utgangsstiften, men med relativt høyere strøm. Med andre ord fungerer digital buffer som en digital forsterker.

En digital buffer kan brukes som et isolasjonstrinn mellom signalgeneratorstrinnene og drivertrinnene. Det hjelper også til å forhindre impedans som påvirker en krets fra en annen.

En digital buffer kan gi høyere strømkapasitet som kan brukes til å drive bytte av transistorer mer effektivt.

Den digitale bufferen gir høyere forsterkning, som også kalles 'fan-out' -funksjon.

Digital buffer fan-out evne:

FAN-OUT : Fan-out kan defineres som antall logiske porter eller digitale IC-er som kan drives parallelt av en digital buffer (eller digitale IC-er).

En typisk digital buffer har fan-out på 10, noe som betyr at den digitale bufferen kan drive 10 digitale IC-er parallelt.

FAN-IN : Viften er antall digitale innganger som kan aksepteres av den digitale logikkporten eller digital IC.

I skjemaet ovenfor har den digitale bufferen fan-in på 1, som betyr en inngang. En '2-inngang' logisk 'AND' gate har fan-in på to og så videre.

Fra skjemaet ovenfor er en buffer koblet til de 3 inngangene til tre forskjellige logiske porter.

Hvis vi bare kobler et ledningsstykke i stedet for bufferen i kretsen ovenfor, kan det hende at inngangssignalet ikke har tilstrekkelig strøm og får spenningen til å falle over portene og kanskje ikke engang gjenkjenner signalet.

Så til slutt brukes en digital buffer for å forsterke et digitalt signal med høyere strømutgang.

Tri-state Buffer

Nå vet vi hva en digital buffer gjør og hvorfor den eksisterer i elektroniske kretser. Disse bufferne har to tilstander “HIGH” og “LOW”. Det er en annen type buffer kalt “Tri-state buffer”.

Denne bufferen har en ekstra pin kalt “Enable pin”. Ved hjelp av aktiveringspinnen kan vi koble eller koble utgangen fra inngangen elektronisk.

Som en vanlig buffer fungerer den som digital forsterker og gir utgangssignal som inngangssignalet, den eneste forskjellen er at utgangen kan kobles elektronisk og frakobles av aktiveringspinnen.

Så en tredje tilstand introduseres, i dette er utgangen verken “HØY” eller “LAV”, men en åpen kretstilstand eller høy impedans ved utgangen og vil ikke svare på inngangssignalene. Denne tilstanden blir referert til som “HIGH-Z” eller “HI-Z”.

Ovennevnte er ekvivalent krets for tri-tilstandsbufferen. Aktiveringspinnen kan koble til eller koble utgangen fra inngangen.

Det 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-tilstandsbuffer
La oss se hver av dem sekvensielt.

Aktiv “HIGH” tri-state buffer

I den aktive “HIGH” tri-state-bufferen (for eksempel: 74LS241) blir utgangspinnen koblet til inngangspinnen når vi bruker “HIGH” eller “1” eller positivt signal på aktiveringspinnen.

Hvis vi bruker 'LAV' eller '0' eller negativt signal på aktiveringspinnen, blir utgangen koblet fra inngangen og går til 'HI-Z' -tilstand der utgangen ikke vil svare på inngangen, og utgangen vil være i åpen kretstilstand.

Aktiv “LAV” tri-state buffer

Her vil utgangen kobles til inngangen når vi bruker “LAV” eller “0” eller negativt signal på aktiveringspinnen.
Hvis vi bruker “HIGH” eller “1” eller positivt signal for å aktivere pin, blir utgangen koblet fra input og output vil være i “HI-Z” state / open circuit state.

Sannhetstabell:

Aktiv “HØY” inverterende tre-tilstandsbuffer

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

Hvis vi bruker “HØYT” eller “1” eller positivt signal på aktiveringsinngangen blir porten aktivert og fungerer som en vanlig logisk “IKKE” gate der utgangen er inversjon / komplementær av inngangen.
Hvis vi bruker 'LAV' eller '0' eller negativt signal til aktiveringspinnen, vil utgangen være i 'HI-Z' eller åpen krets.

Sannhetstabell:

Aktiv “LAV” inverterende tri-tilstandsbuffer:

I aktiv “LAV” inverterende tri-tilstandsbuffer fungerer porten som logisk “IKKE” -port, men med aktiveringsstift.

Hvis vi bruker 'LAV' eller '0' eller negativt signal for å aktivere pin, aktiveres porten og fungerer som vanlig logisk 'IKKE' gate.
Hvis vi bruker “HIGH” eller “1” eller positivt signal for å aktivere pin, vil utgangspinnen være i “HI-Z” tilstand / åpen krets tilstand.

Sannhetstabell:

Tri-state Buffer Control:

Fra det ovennevnte så vi at en buffer kan gi digital forsterkning, og tri-state buffere kan koble utgangen fra inngangen helt og gi åpen kretstilstand.

I denne delen vil vi lære om anvendelsen av tri-state buffer og hvordan den brukes i digitale kretser for effektiv administrasjon av datakommunikasjon.

I digitale kretser kan vi finne en databuss / ledninger som bærer data, de bærer alle slags data i en enkelt buss for å redusere ledningsbelastning / redusere PCB-spor og også redusere produksjonskostnadene.

I hver ende av bussen er flere logiske enheter, mikroprosessorer og mikrokontrollere koblet til som prøver å kommunisere hverandre samtidig som skaper noe som kalles strid.

Strid oppstår i en krets når noen enheter i en buss kjører “HIGH” og noen enheter driver “LOW” samtidig, noe som forårsaker kortslutning og forårsaker skade i en krets.

Tri-state buffer kan unngå slik påstand og sende og motta data på riktig måte over en buss.

Tri-state bufferen brukes til å isolere logiske enheter, mikroprosessorer og mikrokontrollere fra hverandre i en databuss. En dekoder vil bare tillate ett sett med tri-state buffere å føre data gjennom bussen.

Si om datasettet 'A' er koblet til en mikrokontroller, datasettet 'B' til en mikroprosessor og datasettet 'C' til noen logiske kretser.

I den ovennevnte skjematikken er alle bufferne aktiv høy tri-state buffer.

Når dekoderen setter ENA “HIGH” er datasettet “A” aktivert, nå kan mikrokontrolleren sende data gjennom bussen.

Resten av de to datasettene 'B' og 'C' er i 'HI-Z' eller veldig høy impedans tilstand som elektrisk isolerer mikroprosessoren og de logiske kretsene fra bussen, som for tiden brukes av mikrokontrolleren.

Når dekoderen setter ENB 'HIGH', kan datasettet 'B' sende data over bussen, og resten av datasettene 'A' og 'C' er isolert fra bussen i 'HI-Z' -tilstand. Tilsvarende for når datasettet 'C' er aktivert.

Databussen brukes av alle datasettene “A” eller “B” eller “C” på et gitt tidspunkt for å forhindre strid.

Vi kan også etablere tosidig (toveis) kommunikasjon ved å koble to tri-state buffere parallelt og i motsatt retning. Aktiveringspinnene kan brukes som retningskontroll. For slike applikasjoner kan IC 74245 brukes.

Her er den vanlig tilgjengelige listen over digitale buffere og Tri-state buffere:

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

Dette avslutter vår diskusjon om hvordan digitale buffere fungerer, og deres forskjellige digitale konfigurasjoner, jeg håper det hjalp deg til å forstå detaljene godt. Hvis du har ytterligere spørsmål eller forslag, kan du uttrykke spørsmålene dine i kommentarseksjonen, du kan få et raskt svar.