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為什麼插入buffer能夠增加驅動能力？

阿新 • • 發佈：2019-02-05

1buffer是什麼？

所謂增加buffer，buffer一般是幾級器件尺寸逐步增大的反相器或類似結構的電路，以使得電阻在獲得所需的驅動能力時，在功耗延時積上也達到最優。前後級的最佳驅動比例在2.718左右。buffer實際就是兩個串聯的反相器，常用於時鐘路徑中，用於增加時鐘驅動能力，使得時鐘clock具有良好的上升沿和下降沿。時鐘buffer本身是輸入負載較小，輸出驅動能力較強。因此前級電路驅動buffer容易，而buffer驅動後級電路也比較容易。

2不插buffer會發生什麼情況

不插buffer會導致驅動能力不夠，通常是兩種情況

第一種是輸出電流不夠，導致訊號狀態異常，這常常發生在後級電路對輸入電流有要求的時候，另一種則是輸出電流不夠，導致訊號上升下降沿太差，這常常發生在後級電路的輸入電容較大的情況。

驅動能力強：擺幅大，上升快

驅動能力弱：擺幅下，上升慢 

                                              圖1：不同驅動能力下的時鐘翻轉情況

3驅動能力

所謂驅動能力，是指前級電路的輸出訊號可以使得後級電路有效響應，這個有效的包含兩層意思：第一是前級輸出訊號能被後級電路識別，第二是在規定的時間內被後級電路識別。

4 應用場景-1：通過插buffer減少負載數量

 如圖所示，時鐘驅動16個reg時，負載很大，時鐘上升很慢，並且時鐘擺幅小，此時插入4個buffer。加buffer之前你的時鐘直接驅動暫存器或者很多個暫存器。加buffer以後你的時鐘只驅動buffer

，而你的buffer會去驅動暫存器。時鐘buffer本身是輸入負載較小，輸出驅動能力較強的。而且通常會做成一個時鐘buffer網路來驅動設計裡面全部的暫存器，並保證整個時鐘網路上的訊號有很好的transition，以及平衡從時鐘源到所有暫存器的insertion delay.暫存器的CK端接在時鐘上面， 在時鐘上加入buffer是在做時鐘樹的時候讓時鐘到每一個暫存器的CK端的SKEW儘可能的小，還有增加驅動的功能。（圖中的16個暫存器為舉例數字，實際IC設計中並不一致。）

 圖 2 :時鐘路徑buffer插入5 應用場景-2：減少連線負載當資料連線很長時，連線負載電容很大，導致存在很大的延時。此時插入buffer將連線分割成幾個連線，每個buffer驅動的負載較小，因此能夠有效減少延時，雖然buffer本身也具有延時，但是插buffer減少的連線延時明顯大於buffer自身延時就可以採用插buffer的方式。
6  插buffer減少延時的原理：通過插buffer的方式減少了電路的負載電容，負載電容減少後，同樣電壓的情況下，對電容充電速度快（上升沿陡峭），同樣電容小時儲存的電容小，放電所需的時間短（下降沿陡峭）。一句話來說就是: 插buffer的方式減少了電路的負載電容，從而增大了電路驅動能力。

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