Multiplexorul este un circuit logic combinațional conceput pentru a comuta una dintre mai multe linii de intrare la o singură linie comună de ieșire prin aplicarea unei logici de control.

Multiplexarea este termenul generic folosit pentru a descrie modul de trimitere a unuia sau mai multor semnale analogice sau digitale pe o linie de transmisie comună la timpi sau viteze diferite și, ca atare, dispozitivul pe care îl folosim pentru a face doar așa este numit Multiplexor.

Multiplexorul, prescurtat „MUX“ sau „MPX“, funcționează ca un comutator rotativ cu poziții multiple, care acționează foarte rapid, controlând sau conectând mai multe linii de intrare, numite "canale", câte unul la ieșire.

MUX-urile pot fi circuite digitale realizate din porți logice de mare viteză folosite pentru a comuta date digitale sau binare, sau pot fi tipuri analogice care utilizează tranzistoare, MOSFET-uri sau relee pentru comutarea uneia dintre intrările de tensiune sau curent la o singură ieșire.

Cel mai de bază multiplexor este acela al unui comutator rotativ cu o singură cale, așa cum este arătat.

Comutator de bază pentru multiplexare

Comutatorul rotativ, numit și comutator wafer deoarece fiecare strat al comutatorului este cunoscut ca un wafer, este un dispozitiv mecanic ale cărui intrări sunt selectate prin rotirea unui arbore. Cu alte cuvinte, comutatorul rotativ este un comutator manual pe care îl puteți utiliza pentru a selecta date individuale sau linii de semnal pur și simplu prin comutarea intrărilor sale "ON" sau "OFF". Deci, cum putem selecta fiecare intrare de date în mod automat, utilizând un dispozitiv digital?

În electronica digitală, multiplexoarele sunt cunoscute ca selectoare de date, deoarece pot "selecta" fiecare linie de intrare, sunt construite din comutatoare analogice individuale încapsulate într-un singur pachet IC, spre deosebire de selectoarele de tip "mecanic", cum ar fi comutatoarele și releele normale convenționale.

Acestea sunt utilizate ca o metodă de reducere a numărului de porți logice necesare în schema unui circuit sau când este necesară o singură linie de date sau o magistrală de date pentru a transporta două sau mai multe semnale digitale diferite. De exemplu, un singur multiplexor cu 8 canale.

În general, selectarea fiecărei linii de intrare într-un multiplexor este controlată de un set suplimentar de intrări numite linii de control și în funcție de starea binară a acestor intrări de control, fie "HIGH", sau "LOW", intrarea adecvată de date este conectată direct la ieșire. În mod normal, un multiplexor are un număr par de linii de introducere a datelor de 2ⁿ și un număr de intrări "de control" care corespund numărului de intrări de date.

Rețineți că multiplexoarele diferă în funcționare de codificatoare. Encoderele pot comuta un model de intrare de n-biți la mai multe linii de ieșire care reprezintă echivalentul de ieșire codată binar (BCD) al intrării active.

Putem construi un multiplexor simplu de 2 linii la 1 linie (2 la 1) din porți logice NAND de bază, așa cum se arată.

Schemă de multiplexor cu 2 intrări

Intrarea A a acestui circuit simplu de multiplexare cu 2-1 linii, construit din porți standard NAND, acționează pentru a controla care intrare (I0 sau I1) este trecută la ieșirea Q.

Din tabelul de adevăr de mai sus, putem observa că atunci când intrarea de selectare a datelor A este LOW la 0 logic, intrarea I1 transmite datele sale prin circuitul multiplexorului cu porți NAND la ieșire, în timp ce intrarea I0 este blocată. Când A este HIGH la 1 logic, se întâmplă invers și acum intrarea I0 transmite datele la ieșirea Q în timp ce I1 este blocată.

Deci, prin aplicarea unui "0" logic, sau a unui "1" logic la A putem selecta intrarea corespunzătoare I0 sau I1, circuitul acționând cam ca un întrerupător cu un pol și opțiune dublă (SPDT).

Deoarece avem doar o singură linie de comandă (A), putem trece doar 2¹ intrări și în acest exemplu simplu, multiplexorul cu 2 intrări conectează una din cele două surse de 1 bit la o ieșire comună, producând un multiplexor 2-la-1 linii. Putem confirma acest lucru în următoarea expresie Booleană.

și pentru circuitul de multiplexare cu 2 intrări de mai sus, acest lucru poate fi simplificat și:

Putem mări numărul de intrări de date care urmează să fie selectate în continuare, pur și simplu urmând aceeași procedură, și circuite mai mari de multiplexor pot fi implementate utilizând multiplexoare mai mici de 2 la 1 ca blocuri de bază ale acestora. Deci, pentru un multiplexor cu 4 intrări am avea nevoie de două linii de selectare a datelor deoarece 4 intrări reprezintă 2² linii de control date care dau un circuit cu patru intrări I0, I1, I2, I3 și două linii de selectare A și B, după cum se arată.

Multiplexor cu 4-la-1 canale

Expresia booleană pentru acest multiplexor 4-la-1 de mai sus cu intrările A la D și liniile de selectare a datelor a, b este dată de:

În acest exemplu, în orice moment din timp doar unul dintre cele patru comutatoare analogice este închis, conectează doar una dintre liniile de intrare A la D la o singură ieșire Q. Ce comutator este închis, depinde de codul de intrare adresat pe liniile "a" și "b", deci pentru acest exemplu pentru a selecta intrarea B la ieșirea Q, adresa de intrare binară ar trebui să fie "a" = "1" logic și "b" = "0" logic.

Atunci, putem afișa selecția datelor prin multiplexor ca funcție de biții de selectare a datelor, după cum se arată.

Selectarea liniei de intrare a multiplexorului

Adăugarea mai multor linii de adrese de control (n) va permite multiplexorului să controleze mai multe intrări, deoarece poate comuta 2ⁿ intrări, dar fiecare configurație a liniei de control va conecta doar o intrare la ieșire.

Atunci, punerea în aplicare a expresiei booleene de mai sus folosind porți logice individuale ar necesita utilizarea a șapte porți individuale constând din porți AND, OR și NOT, după cum se arată.

Multiplexor cu 4 canale folosind porți logice

Simbolul utilizat în diagramele logice pentru a identifica un multiplexor este următorul.

Simbolul multiplexorului

Multiplexoarele nu se limitează doar la comutarea unui număr de linii sau canale diferite de intrare la o singură ieșire comună. Există și tipuri care își pot comuta intrările la mai multe ieșiri și au aranjamente sau configurații de 4-la-2, 8-la-3 sau chiar 16-la-4 și de exemplu un simplu multiplexor dual cu 4 intrări (4- la-2) este prezentat mai jos:

Multiplexor cu 4-la-2 canale

Aici, în acest exemplu, cele 4 canale de intrare sunt comutate la 2 linii individuale de ieșire, dar sunt și posibilități mai mari. Această configurație simplă de 4-la-2 ar putea fi folosită, de exemplu, pentru a comuta semnale audio pentru preamplificatoare stereo sau mixere.

Câștigul amplificatorului reglabil

Pe lângă trimiterea de date paralele într-un format serial în jos pe o singură linie sau conexiune de transmisie, o altă posibilă utilizare a multiplexoarelor multi-canal este în aplicațiile audio digitale ca mixere sau unde câștigul unui amplificator analogic poate fi controlat digital, de exemplu:

Câștigul amplificatorului reglabil digital

Aici, câștigul de tensiune al A.O. inversor depinde de raportul dintre rezistorul de intrare Rin și rezistorul său de reacție Rf determinat în tutorialele A.O.

Un singur switch SPST cu 4 canale (Quad) configurat ca un multiplexor de canale 4-la-1 este conectat în serie cu rezistoarele pentru a selecta orice rezistor de feedback pentru a varia valoarea lui Rƒ. Combinația acestor rezistoare va determina câștigul total al amplificatorului (Av). Deci, câștigul amplificatorului poate fi reglat digital prin simpla selectare a combinației rezistoarelor corespunzătoare.

Multiplexoarele digitale sunt denumite uneori și "selectoare de date" deoarece selectează datele care urmează să fie trimise la linia de ieșire și sunt frecvent utilizate în comunicații sau circuite de comutare de mare viteză, cum ar fi aplicațiile LAN și Ethernet.

Unele IC-uri de multiplexare au un singur buffer de inversare (poarta NOT) conectat la ieșire pentru a da o ieșire logică pozitivă ("1" logic, HIGH) pe un terminal și o ieșire logică negativă ("0" logic, LOW) pe alt terminal diferit.

Este posibil să se facă simple circuite multiplexor din porțile standard AND și OR așa cum am văzut mai sus, dar în mod obișnuit sunt disponibile multiplexoare/selectoare de date ca pachete IC standard, cum ar fi multiplexorul comun TTL 74LS151 8-la-linii sau multiplexorul TTL 74LS153 Dual 4-la-1 linii. Circuite multiplexor cu număr mult mai mare de intrări pot fi obținute prin cascadă împreună a două sau mai multe dispozitive mai mici.

Rezumat Multiplexor

Vedem că multiplexoarele sunt circuite de comutare care doar comută sau direcționează semnale prin ele însele, și, fiind circuite combinaționale, ele sunt fără memorie, deoarece nu există nici o cale de reacție a semnalului. Multiplexorul este un circuit electronic foarte util care se utilizează în multe aplicații diferite, cum ar fi rutarea semnalelor, comunicațiile de date și aplicațiile de control al magistralei de date.

Atunci când se utilizează împreună cu un demultiplexor, datele paralele pot fi transmise în formă serială, printr-o singură legătură de date, cum ar fi un cablu de fibră optică sau o linie telefonică și transformate în date paralele din nou. Avantaj că este necesară o singură linie de date seriale în locul mai multor linii de date paralele. Prin urmare, multiplexoarele sunt denumite uneori "selectoare de date".

Multiplexoarele pot fi de asemenea utilizate pentru comutarea semnalelor analogice, digitale sau video, cu curentul de comutare în circuitele de putere analogică limitat la sub 10 mA până la 20 mA per canal, pentru a reduce disiparea de căldură.

În următorul tutorial despre dispozitivele logice combinaționale, vom examina inversul Multiplexorului numit Demultiplexor, care are o singură linie de intrare și o conectează la mai multe linii de ieșire.