バッファゲートの目的は何ですか？

私が理解しているように、バッファゲートはNOTゲートの反対であり、入力を変更しません：

しかし、私は時々回路で使用されるバッファゲートICを見ます、そして、経験の浅い目では彼らはまったく何もしないようです。たとえば、最近、エミッタフォロワの出力で使用される非反転バッファゲートを見ました。

それでは、いつ彼らの回路でバッファICを使用する必要がありますか？前述の回路図のゲートの目的は何ですか？

バッファは、必要なときにいつでも使用されます。単語の文字通りの意味のように。これらは、出力から入力をバッファリングする必要があるときに使用されます。バッファを使用する方法は無数にあります。論理的にパススルーであるデジタルロジックゲートバッファがあり、アナログ電圧に対してパススルーとして機能するアナログバッファがあります。後者は質問の範囲外ですが、興味がある場合は「電圧フォロワー」を調べてください。

それで、いつ、またはなぜそれを使用しますか？少なくともすべての中で最もシンプルで安価なバッファの場合、銅線/トレースはすぐに利用できますか？

いくつかの理由があります。

1.論理的分離。ほとんどのバッファには、〜OEピンまたは類似の出力イネーブルピンがあります。これにより、任意のロジックラインをトライステートラインに変更できます。これは、2つのバス（必要に応じて両方向にバッファを使用）またはデバイスだけを接続または分離できるようにする場合に特に便利です。バッファは、それらの間のバッファであり、それを可能にします。

2.レベル変換。多くのバッファは、入力側とは異なる電圧から出力側に電力を供給します。これには、電圧レベルの変換に明らかな用途があります。

3.デジタル化/繰り返し/クリーンアップ。一部のバッファにはヒステリシスがあるため、デジタル化を真剣に試みている信号を取得できますが、立ち上がり時間が非常に短いか、しきい値などで適切に再生されていないため、クリーンアップして変換することができますきれいで、エッジのきれいなデジタル信号。

4.物理的分離あなたが望むよりも遠くにデジタル信号を送信する必要があり、物事は騒々しく、バッファは素晴らしいリピーターになります。PCBトレースの足が接続された受信端のGPIOピンの代わりに、アンテナ、インダクター、コンデンサーとして機能し、その粗悪なピンのぽっかりとした口に直接、欲しいノイズやひどさを文字通り吐き出します。バッファ。これで、GPIOピンはそれとバッファー間のトレースのみを認識し、電流ループは分離されます。ちなみに、送信側にもバッファがあり、ウインピーの小さなµCピンを決してロードできない方法でそれらをロードできるため、50Ω抵抗（または何でも）のように、信号を適切に終了することさえできます。

5.運転負荷。デジタル入力ソースは高インピーダンスであり、制御したいデバイスと実際にインターフェースするには高すぎます。一般的な例はLEDです。したがって、バッファを使用します。たとえば、非常に大きな20mAを簡単に駆動できるものを選択し、論理信号を直接ではなく、バッファーでLEDを駆動します。

例：I2Cバスのようなものにステータス表示LEDが必要ですが、LEDをI2Cラインに直接追加すると、信号の問題が発生します。したがって、バッファを使用します。

6.犠牲にします。バッファーには、ESD保護などのさまざまな保護機能が備わっていることがよくあります。しかし、いずれにしても、それらは何かと別のものの間のバッファーとして機能します。何かを損傷する可能性のある一時的な状態が発生する可能性があるものがある場合は、そのことと一時的なソースの間にバッファーを入れます。

別の言い方をすれば、チップは半導体と同じくらい爆発するのが大好きです。そして、ほとんどの場合、何かがうまくいかないと、チップが爆発します。バッファがなければ、多くの場合、チップを左右にポップするトランジェントが回路の奥深くに到達し、一度に大量のチップを破壊します。バッファはそれを防ぐことができます。私は犠牲バッファーの大ファンです。何かが爆発する場合、1000ドルのFPGAではなく、50セントのバッファーを使用することをお勧めします。

これらは、私が頭の外から考えることができる最も一般的な理由の一部です。私は他の状況もあると確信しています。多分あなたはより多くの用途でより多くの答えを得るでしょう。一見バッファリングは非常に有用であることに誰もが同意すると思う。

単純なバッファゲートにはいくつかの用途があります。

• 昔は、後続の複数の入力に供給されたときに、ロジック出力のファンアウトが制限されていました。私の記憶が正しければ、TTL LSで約5でした。そのため、出力を使用して5つを超える入力を供給する場合、ロジックレベルは保証されなくなりました。バッファを使用してこの問題を解決できます。各バッファは別の5つの入力を供給することができます（わずかな遅延を伴います）。現在、CMOSでは、これはもはや関連性がなくなり、ファンアウトは数桁大きくなり、問題になることはありません。
• 弱い信号を「増幅」するために使用できます。信号のインピーダンスが非常に高く、入力インピーダンスが低い回路の入力として使用する場合、論理レベルは仕様内にありません。たぶん、これはあなたの特定の例の使用法です。
• 小さな遅延線として使用できます。
• 通常、バッファーにはシュミットトリガー入力があります（しかし、通常、バッファーの三角形に小さな「ヒステリシス」記号drawを描画しますが、そうではないようです）。そのため、論理レベルが高と低の中間にある場合、出力は依然として予測可能に定義されます（レベルはそのままです）。これは、アナログ信号（センサーからの信号など）をデジタル入力に接続するときに多くの用途があります。

それ以外は、あまり使用されていません。それが、実際にそれらを簡単に見つけられない理由です。

多くの場合、速度（または速度に影響を与える入力/出力インピーダンス）の非機能要件を満たすために、必要に応じてバッファーが使用されます。抽象化された回路では、この必要性を十分に理解できないことがよくあります。回路では、R1が高すぎて、出力に接続されているものを迅速かつ信頼性の高い方法で低に駆動できない場合があります。

もう1つの理由は、バッファに出力保護（電流制限、ESD保護）が含まれていることです。