数字威廉希尔官方网站 中buffer的作用是什么

1 buffer是什么？

所谓buffer，一般是几级器件尺寸逐步增大的反相器或类似结构的威廉希尔官方网站 ，以使得电阻在获得所需的驱动能力时，在功耗延时积上也达到最优。前后级的最佳驱动比例在2.718左右。buffer实际就是两个串联的反相器，常用于时钟路径中，用于增加时钟驱动能力，使得时钟clock具有良好的上升沿和下降沿。时钟buffer本身是输入负载较小，输出驱动能力较强。因此前级威廉希尔官方网站 驱动buffer容易，而buffer驱动后级威廉希尔官方网站 也比较容易。

2 不插buffer会发生什么情况

不插buffer会导致驱动能力不够，通常是两种情况

第一种是输出电流不够，导致信号状态异常，这常常发生在后级威廉希尔官方网站 对输入电流有要求的时候，另一种则是输出电流不够，导致信号上升下降沿太差，这常常发生在后级威廉希尔官方网站 的输入电容较大的情况。

驱动能力强：摆幅大，上升快

驱动能力弱：摆幅下，上升慢

图1：不同驱动能力下的时钟翻转情况

3 驱动能力

所谓驱动能力，是指前级威廉希尔官方网站 的输出信号可以使得后级威廉希尔官方网站 有效响应，这个有效的包含两层意思：第一是前级输出信号能被后级威廉希尔官方网站 识别，第二是在规定的时间内被后级威廉希尔官方网站 识别。

4 应用场景-1：通过插buffer减少负载数量

如图所示，时钟驱动16个reg时，负载很大，时钟上升很慢，并且时钟摆幅小，此时插入4个buffer。加buffer之前你的时钟直接驱动寄存器或者很多个寄存器。加buffer以后你的时钟只驱动buffer，而你的buffer会去驱动寄存器。时钟buffer本身是输入负载较小，输出驱动能力较强的。而且通常会做成一个时钟buffer网络来驱动设计里面全部的寄存器，并保证整个时钟网络上的信号有很好的transition，以及平衡从时钟源到所有寄存器的insertion delay.寄存器的CK端接在时钟上面， 在时钟上加入buffer是在做时钟树的时候让时钟到每一个寄存器的CK端的SKEW尽可能的小，还有增加驱动的功能。（图中的16个寄存器为举例数字，实际IC设计中并不一致。

图 2 :时钟路径buffer插入

5 应用场景-2：减少连线负载

当数据连线很长时，连线负载电容很大，导致存在很大的延时。此时插入buffer将连线分割成几个连线，每个buffer驱动的负载较小，因此能够有效减少延时，虽然buffer本身也具有延时，但是插buffer减少的连线延时明显大于buffer自身延时就可以采用插buffer的方式。

6 插buffer减少延时的原理：

通过插buffer的方式减少了威廉希尔官方网站 的负载电容，负载电容减少后，同样电压的情况下，对电容充电速度快（上升沿陡峭），同样电容小时存储的电容小，放电所需的时间短（下降沿陡峭）。一句话来说就是: 插buffer的方式减少了威廉希尔官方网站 的负载电容，从而增大了威廉希尔官方网站 驱动能力。

总之，数字威廉希尔官方网站 中的buffer一般有两个作用：
1.提高驱动能力
buffer是一种宽高比很大的mos管，宽高比大意味着电流大，驱动能力高。
在扇出很大的wire中插入buffer可以提高带负载能力，常见于时钟树中。
2.确保信号时序正确
当一条wire很长时，延迟很大（delay正比于长度的平方，设长度为1，delay为1），这时在中间插入buffer，wire delay变为1/4+1/4=1/2，只要buffer delay小于1/2，则buffer的插入可以缩短wire delay。
当一条wire的延迟不大时，如果有hold violation（表现为数据到达过快，需要滞后到达），则插入buffer，利用buffer delay可以修正这个hold violation。