buffer緩沖器電路圖與buffer電路示意圖

　　buffer緩沖器電路圖與buffer電路示意圖

　　buffer緩沖器的作用

　　buffer譯名為： 緩沖，緩沖器，緩沖液；

　　buffer緩沖器的作用是什么？

　　比如在數(shù)據(jù)傳輸中，用來(lái)彌補(bǔ)不同數(shù)據(jù)處理速率速度差距的存儲(chǔ)裝置叫做緩沖器。把數(shù)據(jù)存放到緩沖器中的技術(shù)叫做緩沖。

　　比如緩沖寄存器又稱緩沖器，它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來(lái)的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來(lái)暫時(shí)存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了數(shù)控緩沖器，就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三態(tài)輸出功能。

　　buffer緩沖器電路圖與buffer電路示意圖

　　運(yùn)放作為緩沖器的電路

　　對(duì)于緩沖器電路，由于輸出直接連接了反相輸入，根據(jù)上述兩條原則，所以Vout = Vin+ = Vin-。在該電路中運(yùn)放起阻抗變換的作用。

　　上圖是Buffer在錄音輸入端的應(yīng)用;設(shè)置在前置放大器內(nèi)，可以使得信號(hào)不減弱。

　　下圖是3種菱形緩沖器電路；由4個(gè)互補(bǔ)晶體管組成的電流驅(qū)動(dòng)電路，形成的菱形緩沖器（DiamondBuffer）。

　　最基本的緩沖器（Buffer）電路是圖1所示的晶體管發(fā)射極跟隨器。

　　這樣的發(fā)射極跟隨器電路輸入與輸出之間的直流電位相差了一個(gè)晶體管發(fā)射極PN結(jié)正向壓降，因此將NPN型晶體管與PNP型晶體管接成單端互補(bǔ)推挽輸出型式時(shí)，像圖2的電路那樣，加上VD1、VD2兩個(gè)二極管作為輸出晶體管的偏壓，用來(lái)抵消晶體管發(fā)射極PN結(jié)正向壓降，這樣就可以讓輸入與輸出之間的直流電位相同。圖2的電路是以VD1、VD2兩個(gè)二極管作為輸出晶體管的偏壓，如果用晶體管發(fā)射極PN結(jié)取代二極管作為輸出晶體管的偏壓，形成了圖3的電路。由于二極管沒(méi)有電流放大作用，而晶體管則具有電流放大作用，因此圖3的電路比圖2的電路輸入阻抗更高，成為更理想的緩沖器電路。在圖3電路中，由于不同晶體管之間發(fā)射圾PN結(jié)的正向壓降會(huì)有相當(dāng)大的誤差；而且容易受溫度影響，各個(gè)晶體管的工作電流難以把握，所以除了集成電路IC內(nèi)部的電路之外，實(shí)際上用分立元件組成的菱形緩沖器電路是像圖4這個(gè)樣子，在4個(gè)晶體管的發(fā)射極加上發(fā)射極電阻，用來(lái)穩(wěn)定各個(gè)晶體管的工作電流，這是最基本的菱形緩沖器電路。電路的工作電流設(shè)定為驅(qū)動(dòng)兩個(gè)晶體管工作的電流約4mA，輸出級(jí)兩個(gè)晶體管工作電流約l5mA。將圖4基本菱形緩沖器電路中的VT2、VT5改成西克對(duì)管（SziklaiPair）就成為圖5的電路。西克對(duì)管電路又稱為互補(bǔ)達(dá)林頓電路。雙極性晶體管的集電極電流與基極電流的比值稱為p值，代表雙極性晶體管的電流增益特性。將兩個(gè)晶體管接成達(dá)林頓電路或西克對(duì)管電路，可以相當(dāng)于一個(gè)p值超高的晶體管。達(dá)林頓電路或西克對(duì)管電路的p值約為兩個(gè)晶體管β值的乘積，如果兩個(gè)晶體管的β值相等，則達(dá)林頓電路或西克對(duì)管電路的總β值為兩個(gè)晶體管各自β值的平方。達(dá)林頓電路或西克對(duì)管電路的缺點(diǎn)是晶體管的漏電電流也放大β倍，晶體管集電極與發(fā)射極間的阻抗減小到原來(lái)的1/β。

　　達(dá)林頓電路與西克對(duì)管電路比較：達(dá)林頓電路將兩個(gè)雙極性晶體管的發(fā)射結(jié)串聯(lián)，使得發(fā)射結(jié)的正向壓降加倍；西克對(duì)管電路的發(fā)射結(jié)的正向壓降則沒(méi)有加倍。達(dá)林頓電路的前一個(gè)晶體管是以晶體管三種基本放大電路中的共集電極方式驅(qū)動(dòng)后一個(gè)晶體管，所以達(dá)林頓電路本身兩個(gè)晶體管都是發(fā)射極跟隨器的形式。西克對(duì)管電路的前一個(gè)晶體管則是以共發(fā)射極方式驅(qū)動(dòng)后一個(gè)晶體管，而后一個(gè)晶體管又以共發(fā)射極方式輸出至前一個(gè)晶體管的發(fā)射極，形成環(huán)路負(fù)反饋，西克對(duì)管電路本身兩個(gè)晶體管都是共發(fā)射極方式。一般認(rèn)為在晶體管三種基本放大電路方式中，共發(fā)射極方式的輸出延遲最嚴(yán)重，因此西克對(duì)管電路的缺點(diǎn)為輸出延遲較嚴(yán)重，高頻工作較不穩(wěn)定，容易發(fā)生自激振蕩。將圓4基本菱形緩沖器電路中的R1、R9改成高阻抗的恒流源則成為圖6的電路，這是最典型的菱形緩沖器電路。圖7所示電路為使用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)雙極性晶體管的緩沖器，利用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的G極與S極的PN結(jié)要反偏，雙極性晶體管基極與發(fā)射極的PN結(jié)則要正偏，組合起來(lái)就成為一個(gè)既簡(jiǎn)單又性能優(yōu)異的緩沖器電路。設(shè)計(jì)這種電路時(shí)必須注意選用的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的Vgs（off）要大于輸出晶體管發(fā)射極結(jié)的壓降加上發(fā)射極電阻的壓降，否則結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管還不能驅(qū)動(dòng)雙極性晶體管就已經(jīng)截止了。

　　
?

　　最后再分享幾個(gè)大普通信的時(shí)鐘緩沖器（Buffer）的典型應(yīng)用。

　　時(shí)鐘信號(hào)復(fù)制：

　　一個(gè)晶振加上一個(gè)時(shí)鐘緩沖器（Buffer）芯片，這也是最常用的方案。通過(guò)Buffer的頻率復(fù)制功能，可以做到點(diǎn)到點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，很好的解決信號(hào)完整性問(wèn)題，做到最佳性價(jià)比。

　　晶振和Buffer解決方案

　　時(shí)鐘信號(hào)格式轉(zhuǎn)換：

　　在數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備等應(yīng)用中，很多芯片之間都通過(guò)PCIe接口通信，比如CPU、 PCIe交換芯片、PCIe擴(kuò)展卡、Wifi 控制器、GE口等，都是通過(guò)PCIe口來(lái)傳輸高速數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中需要多個(gè)HCSL格式的100M的參考時(shí)鐘，而市場(chǎng)上沒(méi)有直接出HCSL信號(hào)的晶振，這時(shí)可以用100M LVDS或LVPECL輸出的晶振，通過(guò)Buffer轉(zhuǎn)換為100M HCSL時(shí)鐘信號(hào)格式來(lái)滿足應(yīng)用。

　　圖7：時(shí)鐘信號(hào)格式轉(zhuǎn)換