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，用來彌補不同數(shù)據(jù)處理速率速度差距的存儲裝置叫做緩沖器。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)送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時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

　　運放作為緩沖器的電路

　　對于緩沖器電路，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)，可以使得信號不減弱。

　　下圖是3種菱形緩沖器電路；由4個互補晶體管組成的電流驅(qū)動電路，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推挽輸出型式時，像圖2的電路那樣，加上VD1、VD2兩個二極管作為輸出晶體管的偏壓，用來抵消晶體管發(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)的正向壓降會有相當(dāng)大的誤差；而且容易受溫度影響，各個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，實際上用分立元件組成的菱形緩沖器電路是像圖4這個樣子，在4個晶體管的發(fā)射極加上發(fā)射極電阻，用來穩(wěn)定各個晶體管的工作電流，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)動兩個晶體管工作的電流約4mA，輸出級兩個晶體管工作電流約l5mA。將圖4基本菱形緩沖器電路中的VT2、VT5改成西克對管（SziklaiPair）就成為圖5的電路。西克對管電路又稱為互補達林頓電路。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。將兩個晶體管接成達林頓電路或西克對管電路，可以相當(dāng)于一個p值超高的晶體管。達林頓電路或西克對管電路的p值約為兩個晶體管β值的乘積，如果兩個晶體管的β值相等，則達林頓電路或西克對管電路的總β值為兩個晶體管各自β值的平方。達林頓電路或西克對管電路的缺點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的1/β。

　　達林頓電路與西克對管電路比較：達林頓電路將兩個雙極性晶體管的發(fā)射結(jié)串聯(lián)，使得發(fā)射結(jié)的正向壓降加倍；西克對管電路的發(fā)射結(jié)的正向壓降則沒有加倍。達林頓電路的前一個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)動后一個晶體管，所以達林頓電路本身兩個晶體管都是發(fā)射極跟隨器的形式。西克對管電路的前一個晶體管則是以共發(fā)射極方式驅(qū)動后一個晶體管，而后一個晶體管又以共發(fā)射極方式輸出至前一個晶體管的發(fā)射極，形成環(huán)路負反饋，西克對管電路本身兩個晶體管都是共發(fā)射極方式。一般認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，因此西克對管電路的缺點為輸出延遲較嚴(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)型場效應(yīng)管驅(qū)動雙極性晶體管的緩沖器，利用結(jié)型場效應(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，組合起來就成為一個既簡單又性能優(yōu)異的緩沖器電路。設(shè)計這種電路時必須注意選用的結(jié)型場效應(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)型場效應(yīng)管還不能驅(qū)動雙極性晶體管就已經(jīng)截止了。

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

　　時鐘信號復(fù)制：

　　一個晶振加上一個時鐘緩沖器（Buffer）芯片，這也是最常用的方案。通過Buffer的頻率復(fù)制功能，可以做到點到點的拓撲結(jié)構(gòu)，很好的解決信號完整性問題，做到最佳性價比。

　　晶振和Buffer解決方案

　　時鐘信號格式轉(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PCIe接口通信，比如CPU、 PCIe交換芯片、PCIe擴展卡、Wifi 控制器、GE口等，都是通過PCIe口來傳輸高速數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中需要多個HCSL格式的100M的參考時鐘，而市場上沒有直接出HCSL信號的晶振，這時可以用100M LVDS或LVPECL輸出的晶振，通過Buffer轉(zhuǎn)換為100M HCSL時鐘信號格式來滿足應(yīng)用。

　　圖7：時鐘信號格式轉(zhuǎn)換