Quel est le but d'une porte tampon?

Si je comprends bien, une porte tampon est l’opposé d’une porte NON et ne modifie pas l’entrée:

Cependant, je vois parfois des circuits intégrés de porte tampon utilisés dans des circuits et, à un œil inexpérimenté, ils semblent ne rien faire du tout. Par exemple, j'ai récemment vu une porte tampon non inverseuse utilisée à la sortie d'un suiveur d'émetteur, à peu près comme ceci:

Alors, quand faut-il utiliser un circuit tampon dans leur circuit? Quel pourrait être le but de la porte dans le schéma susmentionné?

Les tampons sont utilisés chaque fois que vous avez besoin ... eh bien ... d'un tampon. Comme dans le sens littéral du mot. Ils sont utilisés lorsque vous devez tamponner l'entrée de la sortie. Il existe d'innombrables façons d'utiliser un tampon. Il existe des tampons de portes logiques numériques, qui sont des relais logiques, et des tampons analogiques, qui agissent comme des relais, mais pour une tension analogique. Ce dernier point est en quelque sorte en dehors du champ de votre question, mais si vous êtes curieux, cherchez «suiveur de tension».

Alors, quand ou pourquoi en utiliseriez-vous un? Au moins quand le tampon le plus simple et le moins cher de tous, un fil de cuivre / trace est facilement disponible?

Voici quelques raisons:

1. Isolement logique. La plupart des tampons ont une broche ~ OE ou similaire, une broche d'activation de sortie. Cela vous permet de transformer n'importe quelle ligne logique en une ligne à trois états. Ceci est particulièrement utile si vous souhaitez pouvoir connecter ou isoler deux bus (avec des tampons dans les deux sens si nécessaire), ou peut-être simplement un périphérique. Un tampon, étant un tampon entre ces choses, vous permet de le faire.

2. Traduction de niveau. De nombreux tampons permettent au côté de la sortie d'être alimenté par une tension différente de celle du côté de l'entrée. Cela a des utilisations évidentes pour la traduction des niveaux de tension.

3. Numérisation / répétition / nettoyage. Certains tampons ont une hystérésis, ils peuvent donc prendre un signal qui tente vraiment d’être numérique, mais qui n’a pas de très bons temps de montée ou qui ne joue pas correctement avec les seuils, ou autre chose, et le nettoie et le transforme en un signal numérique net, net et net.

4. Isolement physique Vous devez envoyer un signal numérique plus loin que vous le souhaitez, les choses sont bruyantes et un tampon constitue un excellent répéteur. Au lieu d’une broche GPIO sur le récepteur ayant un pied de trace de circuit imprimé connecté, agissant comme une antenne, un condensateur et un condensateur, et vomissant littéralement tout ce que le diable bruit et horreur qu’elle veut directement dans la bouche béante de cette pauvre broche, vous utilisez un tampon. Maintenant, la broche GPIO ne voit que la trace entre elle et la mémoire tampon, et les boucles en cours sont isolées. Heck, vous pouvez même terminer correctement le signal maintenant, comme avec une résistance de 50Ω (ou autre), car vous avez aussi un tampon à l'émission et que vous pouvez le charger de manière à ne jamais charger une petite broche de µC.

5. Conduire des charges. Votre source d’entrée numérique est haute impédance, trop élevée pour être réellement en interface avec le périphérique que vous souhaitez contrôler. Un exemple courant pourrait être une LED. Donc, vous utilisez un tampon. Vous en choisissez un qui peut facilement piloter, par exemple, 20mA, et vous pilotez directement la LED avec le tampon, au lieu du signal logique.

Exemple: vous voulez des voyants d’indication d’état sur un bus I2C, mais l’ajout de voyants directement aux lignes I2C poserait des problèmes de signalisation. Donc, vous utilisez un tampon.

6. Sacrifice . Les tampons ont souvent diverses fonctionnalités de protection, telles que la protection ESD, etc. Et souvent non. Mais de toute façon, ils agissent comme un tampon entre quelque chose et autre. Si vous avez quelque chose qui pourrait rencontrer une sorte de condition transitoire qui pourrait endommager quelque chose, vous mettez un tampon entre cette chose et la source transitoire.

En d'autres termes, les puces aiment exploser presque autant que les semi-conducteurs. Et la plupart du temps, quand quelque chose ne va pas, les puces explosent. Sans tampons, souvent, tout transitoire qui éclate des puces à gauche et à droite pénétrera profondément dans votre circuit et détruira un tas de puces à la fois. Les tampons peuvent empêcher cela. Je suis un grand fan du tampon sacrificiel. Si quelque chose devait exploser, je préférerais qu'il s'agisse d'un tampon à 50 ¢ et non d'un FPGA à 1 000 $.

Ce sont quelques-unes des raisons les plus courantes auxquelles je pourrais penser spontanément. Je suis sûr qu'il existe d'autres situations, peut-être aurez-vous plus de réponses avec plus d'utilisations. Je pense que tout le monde conviendra que les tampons sont terriblement utiles, même si, au premier abord, ils semblent plutôt inutiles.

Les simples portes tampons ont quelques applications:

• Dans les jours anciens, là où limité fan-out d'une sortie logique, dans l' alimentation de plusieurs entrées subséquentes. Si je me souviens bien, il était environ 5 pour TTL LS. Ainsi, si vous utilisiez une sortie pour alimenter plus de 5 entrées, les niveaux logiques n'étaient plus garantis. Vous pouvez utiliser des tampons pour résoudre ce problème. Chaque tampon peut alimenter 5 autres entrées (avec un peu de retard). Maintenant, avec CMOS, ce n’est plus vraiment pertinent, le déploiement est beaucoup plus important, et ce n’est jamais un problème.
• Il peut être utilisé pour "amplifier" un signal faible. Si le signal a une impédance très élevée et que vous souhaitez l'utiliser comme entrée d'un circuit à faible impédance d'entrée, les niveaux logiques ne seraient pas conformes aux spécifications. Peut-être que c'est l'utilisation dans votre exemple spécifique.
• Il peut être utilisé comme une petite ligne à retard.
• Habituellement, le tampon a une entrée de déclenchement schmitt (mais on trace ensuite un petit signe "d'hystérésis": dans le triangle du tampon, et il semble que ce ne soit pas votre cas). Ainsi, si le niveau logique se situe entre haut et bas, la sortie est toujours définie de manière prévisible (elle reste au même niveau). Cela a de nombreuses utilisations lors de l'interfaçage de signaux analogiques (provenant par exemple de capteurs) avec des entrées numériques.

Autre que cela, il n'y a pas beaucoup d'usages de celui-ci. C'est pourquoi nous ne les trouvons pas facilement, en fait.

Les tampons sont utilisés lorsque cela est nécessaire pour répondre à des exigences autres que les fonctions, souvent la vitesse (ou l'impédance d'entrée / de sortie, qui affecte la vitesse). Un circuit abstrait souvent ne montre pas assez de détails pour apprécier ce besoin. Dans votre circuit, il est possible que R1 soit trop élevé pour piloter rapidement et de manière fiable tout ce qui est connecté à la sortie.

Une autre raison peut être que le tampon contient une protection de sortie (limitation de courant, protection ESD).