Цифровой буфер ( или логический буфер ) — это элемент электронной схемы , используемый для копирования цифрового входного сигнала и его изоляции от любой выходной нагрузки . Для типичного случая использования напряжений в качестве логических сигналов входное сопротивление логического буфера высокое, поэтому он потребляет мало тока из входной цепи , чтобы не нарушать ее сигнал .
Цифровой буфер важен для передачи данных между подключенными системами. Буферы используются в регистрах (устройствах хранения данных) и шинах (устройствах передачи данных). Для подключения к общей шине следует использовать трехстабильный цифровой буфер, поскольку он имеет высокоимпедансное («неактивное» или «отключенное») выходное состояние (в дополнение к логическому низкому и высокому).
Буферный усилитель напряжения передает напряжение из цепи с высоким выходным сопротивлением во вторую цепь с низким входным сопротивлением. Прямое подключение нагрузки с низким сопротивлением к источнику питания потребляет ток в соответствии с законом Ома . Высокий ток влияет на источник. Входы буфера имеют высокое сопротивление. Буферизированная нагрузка фактически не влияет на цепь источника. Выходной ток буфера генерируется внутри буфера. Таким образом, буфер обеспечивает изоляцию между источником питания и низким сопротивлением. Буфер намеренно не усиливает и не ослабляет входной сигнал, поэтому его можно назвать буфером с единичным усилением .
Цифровой буфер — это тип усилителя буфера напряжения, который касается только цифровых логических уровней , и, таким образом , может быть нелинейным. Он также может действовать как сдвигатель уровня , с выходными напряжениями, отличающимися от входных напряжений. Одним из примеров этого является инвертирующий буфер , который преобразует активный высокий сигнал в активный низкий (или наоборот).
Выходное состояние этого буфера противоположно входному. Если вход высокий, выход низкий, и наоборот. Графически инвертирующий буфер представлен треугольником с небольшим кружком на выходе, где кружок обозначает инверсию. Инвертор является базовым строительным блоком в цифровой электронике. Декодеры, конечные автоматы и другие сложные цифровые устройства часто включают инверторы.
Этот тип буфера не выполняет инверсии или возможности принятия решений. Цифровой буфер с одним входом отличается от инвертора. Он не инвертирует и не изменяет свой входной сигнал каким-либо образом. Он считывает вход и выводит значение. Обычно входная сторона считывает либо ВЫСОКИЙ, либо НИЗКИЙ вход и выводит ВЫСОКОЕ или НИЗКОЕ значение соответственно. Посылает ли выходной терминал сигнал ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня, определяется его входным значением. Выходное значение будет высоким, если и только если входное значение высокое. Другими словами, Q будет высоким, если и только если A имеет ВЫСОКИЙ уровень.
В отличие от цифрового буфера с одним входом, имеющего только один вход, цифровой буфер с тремя состояниями имеет два входа: вход данных и управляющий вход. (Управляющий вход аналогичен клапану, который управляет потоком данных.) Когда управляющий вход активен, выходное значение является входным значением, и буфер не отличается от цифрового буфера с одним входом.
Активный высокоуровневый трехстабильный цифровой буфер — это буфер, который находится в активном состоянии и передает свои входные данные на выход только тогда, когда его управляющее входное напряжение высокое (логическая 1). [1] Но когда управляющий вход низкий (логический 0), выход имеет высокое сопротивление (сокращенно «Hi-Z»), как если бы часть была удалена из схемы.
По сути, это то же самое, что и активный цифровой буфер высокого уровня, за исключением того, что буфер активен, когда управляющий вход находится в низком состоянии.
Цифровые буферы с тремя состояниями также имеют инвертирующие разновидности, в которых выходной сигнал является инверсией входного сигнала.
Буферы напряжения с одним входом используются во многих местах для измерений, включая:
Трехстабильные буферы напряжения широко используются для передачи на общие шины , поскольку шина может передавать данные только одного входного устройства за раз. Высокоимпедансное выходное состояние фактически временно отключает это входное устройство от шины, поскольку только одно устройство должно активно управлять общими проводами шины.