デジタルバッファ–包括的なガイド

回路は、インバータに依存せずに回路の論理ゲートを分離する必要がある場合があります。ここで、デジタルバッファが利点を提供します。絶縁機能を提供するだけでなく、回路の信号強度も向上させます。これは、回路の最適なパフォーマンスを保証するため、効果的なアプローチです。一般に、これらはある回路から別の回路に電圧を転送します。デジタルバッファを理解することが目的であり、その機能は圧倒的に思えるかもしれません。 WellPCBでは、デジタルバッファに向けて正しい方向に導きます。それでは始めましょう！

デジタルバッファとは何ですか？

（デジタルバッファシンボル）

出典：ウィキメディアコモンズ

電圧バッファとも呼ばれるデジタルバッファは、電子回路要素として機能します。一般に、入力ソースと出力ソースの両方を互いに分離します。絶縁プロセス中、電圧バッファは入力電圧に一致する電圧を印加します。また、回路から電圧を差し引くこともできます。その結果、主回路に干渉することなく最小限の電流が流れ、損傷から安全に保たれます。通常、これらには低電圧レベルが必要であり、理想的には0Vまたは5Vです。

（リレーを示す画像）

さらに、これは、信号源がランプ、リレー、ソレノイドなどの負荷を介して変化するのを防ぐのに役立ちます。デジタルバッファは、レジスタ、フリップフロップ、バスドライバなどの一般的なアプリケーションにオンとオフのデータ転送制御機能も提供するため、これらは非常に重要です。これらは、入力値に応じて高信号または低信号を供給する出力端子で構成されています。

デジタルバッファを使用する必要があるのはなぜですか？

（デジタルバッファは、ある回路から次の回路に電圧を転送します。）

デジタルバッファは、高出力インピーダンスから低入力インピーダンスの2番目の回路に電圧を送信します。これにより、高インピーダンスが主回路を妨害するのを防ぎます。さらに、電流容量が増加し、スイッチトランジスタがより効率的に動作するようになります。

デジタルバッファの種類

現在、2つのメインデジタルバッファには、単一の入力電圧バッファとトライステートデジタルバッファがあります。

単一入力電圧バッファ

単一入力電圧バッファは、入力信号の反転または変更を実行しません。反転バッファと非反転バッファの2種類があります。

反転バッファ

反転バッファは、入力ソースの反対の状態に構成されます。たとえば、出力がLowに設定されている場合、入力はHighに設定されます。インバーターの一般的なアプリケーションには、ステートマシン、デコーダー、その他のさまざまなデジタルデバイスが含まれます。

非反転バッファ

名前が示すように、非反転バッファーは反転を実行しません。この場合、その入力はHIGHまたはLOW電圧を引き込み、その値を出力します。入力は、出力端子がHIGH値またはLOW値を提供するかどうかを決定します。この状態では、出力は入力が設定されている限り高く設定されます。

トライステートデジタルバッファ

入力制御スイッチとして機能するトライステートバッファは、入力回路からの出力を電子的に遮断します。これは、イネーブル信号入力ピンまたは外部制御を介して発生します。事実上、制御信号はロジック0またはロジック1信号として機能し、トライステートバッファを出力が正常に動作する状態にします。また、出力を切断またはブロックする別の状態になる場合もあります。

次に、第3の状態で出力が遮断され、回路が開きます。その結果、出力の設定が高すぎたり低すぎたりすることはありません。代わりに、入力信号に応答しない、HIGH-ZまたはHI-Zと呼ばれる高インピーダンスを生成します。事実上、電源からの電流は遮断されたままです。

また、以下の3種類のトライステートデジタルバッファについて詳しく説明します。

アクティブハイトライステートデジタルバッファ

イネーブルピンに高い正の信号を印加した後、出力ピンは入力ピンに接続します。これにより、アクティブなハイトライステートバッファがトリガーされます。

ローまたは負の信号をイネーブルピンに印加すると、出力が入力から切断されます。その後、HI-Z状態に設定され、出力が入力に応答しないままになります。その間、出力は開回路状態に構成されます。

アクティブロートライステートデジタルバッファ

アクティブなロートライステートバッファでは、出力が入力に接続されます。さらに、これは、イネーブルピンにローまたは負の信号を印加した後に発生します。ただし、ハイ信号または正信号をイネーブルピンに印加すると、異なる効果が得られます。これは、出力が入力から切断される原因となるためです。その後、出力はHI-Z状態のまま開回路状態になります。

トライステートデジタルバッファを反転する

アクティブなトライステートバッファの間、ゲートとイネーブルピンは論理NOTゲートとして機能します。イネーブルピンにHighまたは正の信号を印加すると、イネーブルピンがアクティブになります。そこから、通常の論理ゲートと同様に動作します。この条件により、出力は入力と逆になります。イネーブルピンがローまたは負の信号を受信すると、出力は開回路またはHI-Zに構成されます。

バッファゲートの目的は何ですか？

（バッファゲートシンボルを示す画像）

出典：ウィキメディアコモンズ

バッファゲートの役割には、回路で信号増幅を実行することが含まれます。弱い信号の現在の容量を改善し、負荷駆動機能を提供することでこれを実現します。一般に、バッファ回路には、出力端子にインバータバブルのない三角形が含まれています。オープンコレクタ出力にもバッファが形成される場合があります。センサーなどのアナログ信号は、ゲートを介してデジタル入力に接続できます。

バッファとインバータの違いは何ですか

（回路上のインバーターの例を示す画像）

出典：ウィキメディアコモンズ

インバータは、回路の入力信号と出力の反転プロセスを実行します。たとえば、入力がLOWに設定されている場合、出力はHIGHに設定されます。また、入力がHIGHに設定されると、出力は強制的にLOWになります。その間、バッファは信号の強度をわずかに改善します。

デジタルバッファのアプリケーション

制御回路：地下鉄、航空機、製造プロセスに役立ちます。

（デジタルバッファは地下鉄で一般的です）

温度測定回路：温度測定回路の例には、寒冷地を飛行するボイラーや飛行機が含まれます。

（ボイラーには温度を測定するためのデジタルバッファーが含まれています）

ひずみゲージ回路：これらは、航空機の翼、橋、建物のIビームに見られる欠陥を測定します。

（デジタルバッファは、飛行機の翼に見られる欠陥の測定に役立ちます。）

概要

全体として、電圧バッファは高インピーダンスから低インピーダンスの別の回路に電圧を転送します。さらに、増幅によって回路の信号を強化します。主な目的の1つは、回路の入力ソースと出力ソースを互いに分離することです。事実上、電圧は減少するか、入力と一致します。これを実現することで、主回路を保護しながら最小限の電流を流すことができます。さらに、デジタルバッファは、オンオフのデータ転送制御機能を提供するため、レジスタにとって非常に重要です。

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