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？

　　比如在數據傳輸中，用來彌補不同數據處理速率速度差距的存儲裝置叫做緩沖器。把數據存放到緩沖器中的技術叫做緩沖。

　　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送來的數據暫時存放，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的數據。有了數控緩沖器，就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設起協調和緩沖作用，實現數據傳送的同步。由于緩沖器接在數據總線上，故必須具有三態輸出功能。

　　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在錄音輸入端的應用;設置在前置放大器內，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所示的晶體管發射極跟隨器。

　　這樣的發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射極PN結正向壓降，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，用來抵消晶體管發射極PN結正向壓降，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，如果用晶體管發射極PN結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射圾PN結的正向壓降會有相當大的誤差；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個晶體管的發射極加上發射極電阻，用來穩定各個晶體管的工作電流，這是最基本的菱形緩沖器電路。電路的工作電流設定為驅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射結串聯，使得發射結的正向壓降加倍；西克對管電路的發射結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動后一個晶體管，所以達林頓電路本身兩個晶體管都是發射極跟隨器的形式。西克對管電路的前一個晶體管則是以共發射極方式驅動后一個晶體管，而后一個晶體管又以共發射極方式輸出至前一個晶體管的發射極，形成環路負反饋，西克對管電路本身兩個晶體管都是共發射極方式。一般認為在晶體管三種基本放大電路方式中，共發射極方式的輸出延遲最嚴重，因此西克對管電路的缺點為輸出延遲較嚴重，高頻工作較不穩定，容易發生自激振蕩。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所示電路為使用結型場效應管驅動雙極性晶體管的緩沖器，利用結型場效應管的G極與S極的PN結要反偏，雙極性晶體管基極與發射極的PN結則要正偏，組合起來就成為一個既簡單又性能優異的緩沖器電路。設計這種電路時必須注意選用的結型場效應管的Vgs（off）要大于輸出晶體管發射極結的壓降加上發射極電阻的壓降，否則結型場效應管還不能驅動雙極性晶體管就已經截止了。

　　
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　　最后再分享幾個大普通信的時鐘緩沖器（Buffer）的典型應用。

　　時鐘信號復制：

　　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的頻率復制功能，可以做到點到點的拓撲結構，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

　　時鐘信號格式轉換：

　　在數據中心、服務器、網絡監控設備等應用中，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口來傳輸高速數據，系統中需要多個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轉換為100M HCSL時鐘信號格式來滿足應用。

　　圖7：時鐘信號格式轉換