2.3. Multiplexores.

LOS MULTIPLEXORES

Vamos a estudiar, en éste capítulo, una serie de circuitos combinatorios relacionados con la transferencia de información; es decir, analizaremos la situación de tener varias señales binarias a una red digital.

Mediante una señal de control deseamos seleccionar una de las entradas y que ésta aparezca a la salida. Haciendo una analogía eléctrica, podemos comparar un multiplexor con un conmutador de varias posiciones, de manera que, situando el selector en una de las posibles entradas, ésta aparecerá en la salida.

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida que es única.

La entrada seleccionada viene determinada por la combinación de ceros (0) y unos (1) lógicos en las entradas de control. La cantidad que necesitaremos será igual a la potencia de 2 que resulte de analizar el número de entradas. Así, por ejemplo, a un multiplexor de 8 entradas le corresponderán 3 de control.

Podemos decir que la función de un multiplexor consiste en seleccionar una de entre un número de líneas de entrada y transmitir el dato de un canal de información único. Por lo tanto, es equivalente a un conmutador de varias entradas y una salida.

Dentro de un multiplexor hay que destacar tres tipos de señales: los datos de entrada, las entradas de control y la salida

El diseño de un multiplexor se realiza de la misma manera que cualquier sistema combinatorio desarrollado hasta ahora. Veamos, como ejemplo, el caso de un multiplexor de cuatro entradas y una salida que tendrá, según lo dicho anteriormente, dos entradas de control. Esta tabla de verdad define claramente cómo, dependiendo de la combinación de las entradas de control, a la salida se transmite una u otra entrada de las cuatro posibles. Así:

Si deducimos de esta tabla de verdad la expresión booleana que nos dará la función salida, tendremos la siguiente ecuación:

S = (/A*/B*I0) + (/A*B*I1) + (A*/B*I2) + (A*B*I3)

Con la que podremos diseñar nuestro circuito lógico.

La estructura de los multiplexores es siempre muy parecida a esta que hemos descrito, aunque a veces se añade otra entrada suplementaria de validación o habilitación, denominada «strobe» o «enable» que, aplicada a las puertas AND, produce la presentación de la salida.

Tipos de multiplexores

Dentro de la gran variedad de multiplexores que existen en el mercado, hay varios tipos que conviene destacar a causa de su gran utilidad en circuitos digitales, éstos son:

Multiplexor de 8 entradas.

Multiplexor de 16 entradas.

Doble multiplexor de 4 entradas.

Dentro del primer tipo podemos hacer la distinción entre tener la entrada de «strobe» o no. La tecnología utilizada para su diseño es TTL, de alta integración, y la potencia que disipan suele ser de unos 150 mW. El tiempo de retardo típico es de unos 25 nanosegundos y tienen un "fan - out" de 10. Normalmente, estos circuitos suelen darnos dos tipos de salida: una afirmada y la otra negada.

En cuanto al segundo tipo de multiplexores, señalaremos que se diferencian de los primeros en el número de entradas, que es el doble, y que no existe la posibilidad de tener dos salidas, sino que sólo podemos optar por la negada y, en consecuencia, a la salida únicamente se tendrán los datos de la entrada complementados. La potencia de disipación para estos multiplexores viene a ser de aproximadamente unos 200 mW. El tiempo de retardo y el "fan - out" son más o menos iguales que en el caso del multiplexor de 8 entradas.

Diagrama básico de un multiplexor de 16 entradas y 2 señales de control

En la ilustración correspondiente podemos ver un multiplexor de 16 entradas, donde, si hacemos 0 el «strobe», en la salida se obtiene el dato negado de la entrada seleccionada mediante las cuatro entradas de control.

En el último de los tipos, dentro del mismo encapsulado del circuito integrado, tenemos dos multiplexores de cuatro entradas de datos: dos de control y una señal de «strobe» cada uno.

Doble multiplexor de cuatro entradas donde las señales de control son comunes

Las entradas de control son comunes para ambos multiplexores, como podemos ver en el circuito de la figura. Al igual que los anteriores, se suelen realizar con tecnología TTL de alta integración, y tienen una disipación media de unos 180 mW.

Con estos tres tipos de multiplexores trabajaremos habitualmente, incluso en el caso de tener que emplear algún otro de orden superior, es decir, con mayor número de entradas. Para ello, necesitaremos utilizar más de un multiplexor de los descritos anteriormente.

Multiplexor de 32 entradas construido a partir de cuatro multiplexores de 8 entradas y uno de 4 entradas

La forma de conectarlos entre sí depende de la aplicación concreta de que se trate, pero siempre habrá que disponer de más de una etapa de multiplexores, lo cual acarrea un tiempo de retardo. Así, por ejemplo, para seleccionar un dato de entre las 32 entradas de que disponemos, deberemos diseñar un sistema análogo al representado en la figura correspondiente.

El primer multiplexor de 8 entradas sitúa secuencialmente los datos de entrada I0 a I7 en la línea de salida de éste, a medida que el código de las señales de control va variando. Análogamente, el segundo multiplexor, también de 8 entradas, transmitirá los datos I8 a I15 a su línea de salida, dependiendo de las señales de control.

Diagrama de conexión de un circuito integrado que contiene un multiplexor de 8 entradas y señal de <<strobe>>

Estas entradas de control están unidas entre sí de manera que cuando, por ejemplo, aparece en la línea de salida del primer multiplexor I1, en la salida del segundo estará I9, en la del tercero I17 y en la del último I25. Si queremos sacar a la salida del conjunto de multiplexores cualquiera de las líneas de salida anteriormente citadas, necesitaremos utilizar un multiplexor de 4 entradas y, con sus señales de control, activaremos la entrada que nosotros deseemos. Así, por ejemplo, para tener en la salida final la línea de entrada I1, habría que poner en el último multiplexor de 4 entradas la combinación 00 en sus señales de control.

Por último, destacaremos que los multiplexores, además de seleccionar datos, tienen otras aplicaciones importantes, a saber:

- La conversión paralelo - serie. Como puede ser conducir la salida en paralelo de un ordenador hacia un terminal remoto a través de una línea de transmisión serie.

- La generación de funciones para lógica combinatoria.