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

Vyrovnávací stupeň je v podstatě zesílený mezistupeň, který umožňuje vstupnímu proudu dosáhnout výstupu bez ovlivnění výstupním zatížením.

V tomto příspěvku se pokusíme porozumět tomu, co jsou digitální vyrovnávací paměti, a podíváme se na jejich definici, symbol, tabulku pravdivosti, dvojitou inverzi pomocí logické brány „NOT“, digitální vyrovnávací ventilátor, vnější ventilátor, třístupňový vyrovnávací paměť, ekvivalent přepínání třístavového pufru, aktivní třístupňový vyrovnávací paměť „HIGH“, aktivní třístupňový vyrovnávací zásobník „HIGH“, aktivní třístupňový vyrovnávací paměť „LOW“, aktivní třístupňový vyrovnávací zásobník „LOW“, řízení třístavového vyrovnávacího zásobníku , řízení datové sběrnice třístavového pufru a nakonec si vezmeme přehled o běžně dostupných integrovaných obvodech digitálního vyrovnávacího zásobníku a třístavového zásobníku.

V jednom z předchozích příspěvků jsme se dozvěděli o logické bráně „NOT“, která se také nazývá digitální invertor. V bráně NOT je výstup vždy doplňkový ke vstupu.

Pokud je tedy vstup „VYSOKÝ“, výstup se změní na „NÍZKÝ“, pokud je vstup „NÍZKÝ“, výstup se otočí na „VYSOKÝ“, takže se tomu říká invertor.

Mohla by nastat situace, kdy je třeba výstup oddělit nebo izolovat od vstupu, nebo v případech, kdy může být vstup poměrně slabý a je třeba napájet zátěže vyžadující vyšší proud, aniž by došlo k převrácení polarity signálu pomocí relé nebo tranzistoru atd. V takových situacích jsou digitální vyrovnávací paměti užitečné a jsou efektivně použity jako vyrovnávací paměti mezi zdrojem signálu a skutečným stupněm ovladače zátěže.

Takový logické brány který může dodávat výstup signálu stejně jako vstup a působit jako mezipaměťový stupeň se nazývá digitální vyrovnávací paměť.

Digitální vyrovnávací paměť neprovádí žádnou inverzi přiváděného signálu a není to ani „rozhodovací“ zařízení, například logická brána „NOT“, ale vydává stejný výstup jako vstup.

Ilustrace digitálního bufferu:

Výše uvedený symbol je podobný logické bráně „NENÍ“ bez „o“ na špičce trojúhelníku, což znamená, že neprovádí žádnou inverzi.

Booleova rovnice pro digitální vyrovnávací paměť je Y = A.

„Y“ je vstup a „A“ výstup.

Pravdivá tabulka:

Dvojitá inverze pomocí logických bran „NOT“:

Digitální vyrovnávací paměť lze zkonstruovat pomocí dvou logických hradel „NENÍ“ následujícím způsobem:

Vstupní signál je nejprve invertován první NOT bránou na levé straně a invertovaný signál je pak dále invertován další „NOT“ bránou na pravé straně, čímž je výstup stejný jako vstup.

Proč se používají digitální vyrovnávací paměti

Nyní si možná poškrábáte hlavu, proč digitální vyrovnávací paměť vůbec existuje, neprovádí žádnou operaci jako jiné logické brány, mohli bychom prostě vyhodit digitální vyrovnávací paměť z obvodu a připojit kousek drátu ... správně? No ne tak úplně.

Tady je odpověď : Logická brána nevyžaduje k provádění žádných operací vysoký proud. Vyžaduje to pouze úroveň napětí (5 V nebo 0 V) ​​při nízkém proudu.

Všechny typy logických hradel primárně podporují vestavěný zesilovač, takže výstup není závislý na vstupních signálech. Pokud kaskádujeme dvě logická „NENÍ“ hradla v sérii, získáme stejnou polaritu signálu jako vstup na výstupním kolíku, ale s relativně vyšším proudem. Jinými slovy, digitální vyrovnávací paměť funguje jako digitální zesilovač.

Digitální vyrovnávací paměť lze použít jako izolační fázi mezi fázemi generátoru signálu a fázemi budiče a také pomáhá předcházet impedanci ovlivňující jeden obvod od druhého.

Digitální vyrovnávací paměť může poskytnout vyšší proudovou kapacitu, kterou lze použít pro efektivnější řízení spínacích tranzistorů.

Digitální vyrovnávací paměť poskytuje vyšší zesílení, které se také říká schopnost „fan-out“.

Schopnost digitálního vyfukování vyrovnávací paměti:

FAN-OUT : Rozdělovač lze definovat jako počet logických hradel nebo digitálních integrovaných obvodů, které lze paralelně pohánět pomocí digitální vyrovnávací paměti (nebo libovolných digitálních integrovaných obvodů).

Typický digitální buffer má fan-out 10, což znamená, že digitální buffer může řídit 10 digitálních integrovaných obvodů paralelně.

FAN-IN : Fan-in je počet digitálních vstupů, které lze přijmout pomocí digitální logické brány nebo digitálního integrovaného obvodu.

Ve výše uvedeném schématu má digitální vyrovnávací paměť fan-in 1, což znamená jeden vstup. Logická brána „AND“ se 2 vstupy má fan-in dva atd.

Z výše uvedeného schématu je vyrovnávací paměť připojena ke 3 vstupům tří různých logických hradel.

Pokud pouze připojíme kousek drátu na místo vyrovnávací paměti ve výše uvedeném obvodu, vstupní signál nemusí být dostatečně proudový a způsobí pokles napětí napříč branami a nemusí signál ani rozpoznat.

Závěrem se tedy používá digitální vyrovnávací paměť pro zesílení digitálního signálu s vyšším proudovým výstupem.

Třístavový Buffer

Nyní víme, co digitální vyrovnávací paměť dělá a proč existuje v elektronických obvodech. Tyto vyrovnávací paměti mají dva stavy „VYSOKÝ“ a „NÍZKÝ“. Existuje další typ vyrovnávací paměti, který se nazývá „třístavový vyrovnávací paměť“.

Tato vyrovnávací paměť má další pin s názvem „Povolit pin“. Pomocí aktivačního kolíku můžeme připojit nebo odpojit výstup od vstupu elektronicky.

Stejně jako normální vyrovnávací paměť funguje jako digitální zesilovač a poskytuje výstupní signál stejný jako vstupní signál, jediný rozdíl je v tom, že výstup lze elektronicky připojit a odpojit aktivačním kolíkem.

Zavádí se tedy třetí stav, v tomto není výstup ani „VYSOKÝ“, ani „NÍZKÝ“, ale stav otevřeného obvodu nebo vysoká impedance na výstupu a nebude reagovat na vstupní signály. Tento stav se označuje jako „HIGH-Z“ nebo „HI-Z“.

Výše uvedený je ekvivalentní obvod trojstavové vyrovnávací paměti. Aktivační kolík může připojit nebo odpojit výstup od vstupu.

Existují čtyři typy trojstavového bufferu:
• Aktivní třístupňový vyrovnávací paměť „HIGH“
• Aktivní „LOW“ třístavový buffer
• Aktivní „HIGH“ invertující třístavový buffer
• Aktivní „LOW“ invertující třístavový buffer
Podívejme se postupně na každou z nich.

Aktivní třístupňový buffer „HIGH“

V aktivním trojstavovém „HIGH“ bufferu (například: 74LS241) se výstupní pin připojí ke vstupnímu pinu, když na aktivačním pinu použijeme „HIGH“ nebo „1“ nebo kladný signál.

Pokud na uvolňovací kolík použijeme „LOW“ nebo „0“ nebo záporný signál, výstup se odpojí od vstupu a přejde do stavu „HI-Z“, kde výstup nebude reagovat na vstup a výstup bude ve stavu otevřeného obvodu.

Aktivní třístavový vyrovnávací paměť „LOW“

Zde bude výstup připojen ke vstupu, když na aktivační kolík použijeme signál „LOW“ nebo „0“ nebo záporný signál.
Pokud k aktivaci pinu použijeme signál „VYSOKÝ“ nebo „1“ nebo kladný signál, výstup se odpojí od vstupu a výstup bude ve stavu „HI-Z“ / stavu otevřeného obvodu.

Pravdivá tabulka:

Aktivní „VYSOKÝ“ invertující třístavový pufr

V aktivním invertujícím třístavovém bufferu „HIGH“ (příklad: 74LS240) brána funguje jako logická brána „NOT“, ale s aktivačním kolíkem.

Pokud na vstup povolení použijeme „VYSOKÝ“ nebo „1“ nebo kladný signál, brána se aktivuje a bude fungovat jako běžná logická brána „NENÍ“, kde je jejím výstupem inverze / doplňování vstupu.
Pokud na aktivační kolík použijeme signál „LOW“ nebo „0“ nebo záporný signál, výstup bude ve stavu „HI-Z“ nebo ve stavu otevřeného obvodu.

Pravdivá tabulka:

Aktivní „LOW“ invertující třístavový buffer:

V aktivním invertujícím trojstavovém bufferu „LOW“ brána funguje jako logická brána „NOT“, ale s aktivačním kolíkem.

Pokud použijeme „LOW“ nebo „0“ nebo záporný signál pro povolení pinů, brána se aktivuje a bude fungovat jako běžná logická brána „NOT“.
Pokud k aktivaci pinu použijeme signál „VYSOKÝ“ nebo „1“ nebo kladný signál, výstupní pin bude ve stavu „HI-Z“ / stavu otevřeného obvodu.

Pravdivá tabulka:

Třístupňová kontrola vyrovnávací paměti:

Z výše uvedeného jsme viděli, že vyrovnávací paměť může poskytovat digitální zesílení a třístavové vyrovnávací paměti mohou zcela odpojit svůj výstup od vstupu a dát stav otevřeného obvodu.

V této části se dozvíme o aplikaci trojstavového bufferu a o tom, jak se používá v digitálních obvodech pro efektivní správu datové komunikace.

V digitálních obvodech najdeme datovou sběrnici / vodiče nesoucí data, přenášejí všechny druhy dat v jedné sběrnici, aby se snížilo přetížení vodičů / snížily se stopy PCB a také se snížily výrobní náklady.

Na každém konci sběrnice je připojeno více logických zařízení, mikroprocesorů a mikrokontrolérů, které se snaží navzájem komunikovat současně, což vytváří něco, co se nazývá svár.

V obvodu dochází ke konfliktu, když některá zařízení na sběrnici řídí současně „VYSOKÁ“ a některá zařízení současně „NÍZKÁ“, což způsobuje zkrat a poškození obvodu.

Trojstavová vyrovnávací paměť se může vyhnout takovému sváru a správně odesílat a přijímat data po sběrnici.

Trojstavová vyrovnávací paměť se používá k izolaci logických zařízení, mikroprocesorů a mikrokontrolérů od sebe v datové sběrnici. Dekodér umožňuje pouze jedné sadě trojstavových vyrovnávacích pamětí předávat data po sběrnici.

Řekněme, že pokud je datová sada „A“ připojena k mikrokontroléru, datová sada „B“ mikroprocesoru a datová sada „C“ některým logickým obvodům.

Ve výše uvedeném schématu jsou všechny vyrovnávací paměti aktivní vysokou třístavovou vyrovnávací pamětí.

Když dekodér nastaví ENA „VYSOKÁ“, datová sada „A“ je povolena, nyní může mikrokontrolér odesílat data po sběrnici.

Zbývající dva datové soubory „B“ a „C“ jsou ve stavu „HI-Z“ nebo velmi vysoké impedance, který elektricky izoluje mikroprocesor a logické obvody od sběrnice, kterou v současné době používá mikrokontrolér.

Když dekodér nastaví ENB „VYSOKÝ“, datový soubor „B“ může odesílat data po sběrnici a zbytek datových sad „A“ a „C“ je izolován od sběrnice ve stavu „HI-Z“. Podobně, když je povolena datová sada „C“.

Datovou sběrnici používá kdokoli z datových sad „A“ nebo „B“ nebo „C“ v danou dobu, aby se předešlo sporům.

Můžeme také navázat duplexní (obousměrnou) komunikaci spojením dvou trojstavových vyrovnávacích pamětí paralelně a v opačném směru. Uvolňovací kolíky lze použít jako řízení směru. Pro tento druh aplikací lze použít IC 74245.

Zde je běžně dostupný seznam digitálních vyrovnávacích pamětí a třístavových vyrovnávacích pamětí:

• 74LS07 Hex neinvertující vyrovnávací paměť
• Hex Buffer / Driver 74LS17
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 Octal Bi-directional Buffer
• Hex neinvertující vyrovnávací paměť CD4050
• CD4503 Hex Tri-state Buffer
• HEF40244 Tri-state Octal Buffer

Tím končí naše diskuse o tom, jak fungují digitální vyrovnávací paměti a jejich různé digitální konfigurace, doufám, že vám pomohla dobře porozumět podrobnostem. Máte-li jakékoli další dotazy nebo návrhy, vyjádřete své dotazy v sekci komentářů, kde můžete získat rychlou odpověď.