2.5 Мультиплексор. Внутреннее строение и принцип работы

Как некоторые из Вас уже догадались, сейчас речь пойдет про мультиплексоры, а для тех, кто не знает, что это такое, дадим определение:

оптический мультиплексор – устройство, объединяющее оптические каналы в групповой оптический сигнал или разделяющее групповой оптический сигнал на спектральные составляющие (последнее устройство называется демультиплексор). Иногда (в последнее время всё чаще) оптический мультиплексор выполняет сразу обе эти функции.

Внутри обычного CWDM мультиплексора находится массив сваренных между собой CWDM фильтров на разные длины волн. Фильтры сварены по принципу «транзитный выход первого является входом для второго» (другими словами, «хвостом» COM к «хвосту» REF).

Все пигтейлы PASS выведены из корпуса мультиплексора и напрямую подключаются к трансиверам (обычно эти выводы дополнительно «упаковывают» во вторичный защитный буфер диаметром 2мм или 3мм)

.

Самый первый пигтейл COM(который, кстати, тоже упакован во вторичный защитный буфер) подключается в линию связи.

Последний пигтейл REF или спрятан внутри корпуса, или может быть выведен из него для каскадирования мультиплексоров (опять же, в буфере).

Рисунок 11 – Внутреннее строение стандартного мультиплексора на основе CWDM фильтров.

Однако, не стоит забывать про потери мощности на каждом фильтре в каскаде. Когда групповой сигнал входит в мультиплексор, то первый отфильтрованный оптический канал теряет 0,3дБ мощности, второй – 0,6дБ, третий – 0,9дБ и так далее. У стандартного мультиплексора на 8 длин волн (1х8) затухание на последнем фильтре примерно равно 2,4дБ, что уже не мало, а у такого же мультиплексора на 16 длин волн 

(1х16) потери на последнем канале составят около 5дБ!

А теперь представьте, что такие мультиплексоры установлены с двух сторон линии связи – потери получаются ужасающе высокими! Поэтому для многоканальных мультиплексоров существуют несколько другие способы внутренней компоновки.

Как раз для многоканальных мультиплексоров и были разработаны широкополосные FWDM фильтры, о которых упоминалось ранее.

Такие фильтры устанавливаются на входе в мультиплексор и формируют не один внутренний каскад CWDM фильтров, а сразу два, значительно уменьшая суммарные потери на крайних каналах каждого каскада.

Рисунок 12 – Внутреннее строение мультиплексора на основе CWDM фильтров с использованием широкополосного FWDM фильтра.

Для компенсации паразитных потерь на каскаде CWDM фильтров, мультиплексоры обычно выпускают «в парах». Отличаются парные мультиплексоры друг от друга последовательностью сварки фильтров внутри.

Как уже было отмечено ранее, при работе CWDM системы в одном волокне каждый из мультиплексоров занимается мультиплексированием части каналов и демультиплексированием оставшихся каналов одновременно.

Работает такая пара мультиплексоров по принципу «если с одной стороны длина волны входит в волокно, значит с другой она обязательно должна выйти в приёмник трансивера».

Рисунок 13 – Работа CWDM системы по одному волокну.

Однако, в последнее время всё чаще инженеры задействуют сразу два волокна для размещения в них CWDM системы уплотнения. Логика проста: в два раза больше волокон – в два раза больше пропускная способность системы. При этом, реализовать такую систему можно по-разному.

 

 

<< Назад     Далее >>

1.1 Назначение и принцип работы мультиплексора

Теоретическая часть

Мультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Рисунок 2- Схема мультиплексора

Аналоговые и цифровые[1][2][3] мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень (‘0’ или ‘1’) с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами.[4]

Устройство, противоположное мультиплексору по своей функции, называется демультиплексором.

Принцип действия.

Мультиплексор — это логическое устройство, предназначенное для поочередной передачи на один выход одного из нескольких входных сигналов, то есть их мультиплексирования. Количество мультиплексируемых входов называется количеством каналов мультиплексора, а количество выходов — числом разрядов мультиплексора. Число каналов мультиплексоров, входящих в стандартные серии, составляет от 2 до 16, а число разрядов — от 1 до 4.Управление работой мультиплексора осуществляется с помощью входного кода адреса. Связь между числом информационных (n) и адресных (m) входов определяется соотношением n = 2 в степени m. Таким образом, для 4-канального мультиплексора необходим 2-разрядный управляющий адресный код, а для 16-канального — 4-разрядный код.

Например, мы имеем на адресном входе код 00, в этом случае сигнал на выходе мультиплексора будет равен сигналу на нулевом входе, при адресном коде 01 сигнал на выходе мультиплексора будет равен сигналу на первом входе, при адресном коде 10 сигнал на выходе мультиплексора будет равен сигналу на втором входе и так далее. Функция мультиплексора на условном графическом обозначении записывается буквами MUX или MS. Разряды кода обозначаются цифрами 1, 2, 4 или A0, A1, A2. Входная информация подается на входы 0, 1, 2, 3…….Выходы мультиплексоров бывают прямыми и инверсными. Некоторые микросхемы мультиплексоров имеют вход разрешения или запрета S, который при запрете устанавливает на прямом выходе нулевой уровень. Таким образом, мультиплексор реализует управляемую передачу данных от нескольких входных линий в одну выходную. Мультиплексоры применяют для следующих операций: коммутации как отдельных линий, так и групп линий; преобразования параллельного кода в последовательный; реализации логических функций; построения схем сравнения; генераторов кодов. Микросхемы мультиплексоров можно объединять для увеличения количества каналов. Например, два 8-канальных мультиплексора легко объединяются в 16-канальный с помощью инвертора на входах разрешения и элемента 2И-НЕ для смешивания входных сигналов.

1.2Назначение и принцип работы дешифратора, осуществляющего преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного цифрового индикатора

Функция дешифратора понятна из названия. Дешифратор преобразует входной двоичный код в управляющий сигнал только на одном из своих выходов. В общем случае дешифратор имеет n однофазных входов и 2 в степени n выходов, где n — разрядность дешифрируемого кода. Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах буквами DC (от английского слова Decoder). Активным всегда является только один выход дешифратора, причем номер этого выхода и соответствующего ему сигнала однозначно определяется входным кодом. То есть при сигнале на входе дешифратора 00 мы получаем 1 на нулевом выходе, при сигнале на входе 01 получаем 1 на первом выходе, при сигнале на входе 10 — 1 на втором выходе и так далее.

В стандартные серии входят дешифраторы на 4, 8 и 16 выходов, что соответствует 2, 3 и 4 разрядам входного кода. Входы, на которые поступает входной код, часто называют адресными входами. Их обозначают 1, 2, 4, 8, где число соответствует весу двоичного кода. Код на входах 1, 2, 4, 8 определяет номер активного выхода. Входы С1, С2, С3 — это входы разрешения, объединенные по функции «И». С помощью сигнала на этих входах определяется момент срабатывания дешифратора. Входы разрешения могут также использоваться для наращивания разрядности входного кода. Выходные сигналы дешифраторов и входы разрешения, часто имеют отрицательную полярность, то есть их активное состояние отображается значением логического 0, а не логической 1.Если нужно дешифровать код с большим числом разрядов, используют объединение нескольких микросхем дешифраторов. Еще одно распространенное применение дешифраторов — селекция заданных входных кодов. Появление сигнала на выбранном выходе дешифратора будет означать поступление на вход интересующего нас кода. В данном случае увеличивать число разрядов входного силикатируемого кода становится гораздо проще. В отечественных сериях микросхемы дешифраторов обозначаются буквами ИД.

Преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора. Числа на табло и пультах индицируются, как правило, в десятичном коде. Для этого можно использовать дешифратор на микросхеме К155ИД1 совместно с газоразрядным индикатором, Однако применение таких индикаторов в радиолюбительской практике нежелательно из-за сравнительно высокого напряжения источника питания (200 В). Сейчас широкое распространение получили так называемые семи сегментные светодиодные и жидкокристаллические индикаторы, которые работают при тех же напряжениях, что и микросхемы. В них индикация осуществляется семью элементами, как показано на рисунке 5. Подавая управляющее напряжение на отдельные элементы индикатора и вызывая его свечение (светодиодные индикаторы) или изменяя его окраску (жидкокристаллические индикаторы), можно получить изображение десятичных цифр 0, 1,.

.., 9. О конкретных типах семисегментных индикаторов я расскажу дальше. Преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора показано в таблице. Цоколёвка некоторых микросхем – преобразователей кода 8421 в семисегментный показана на рисунке 3.

Рисунок 3- Преобразователи кода

На микросхемы серии К514 поступают входные сигналы уровней ТТЛ. Сигнал Г служит для гашения индикации напряжением низкого уровня. При нормальной работе уровень сигнала Г=1. Дешифратор на микросхеме К514 работает со светодиодными индикаторами, имеющими раздельные аноды, на К514ИД2 — с раздельными катодами. Дешифратор К514ИД2, подключают к индикаторам через токоограничительные резисторы (200-500 Ом) в первый имеет такие резисторы в своем корпусе.

что это такое и как это работает?

В системах сбора данных мультиплексор может быть определен как схема или устройство, которое выбирает и объединяет несколько входных сигналов в одну выходную линию.

Сигнал, генерируемый преобразователями системы сбора данных, как правило, не подходит для прямой обработки блоком, генерирующим алгоритм управления. Обычно требуется этап обработки сигнала, на котором выполняются все операции, необходимые для правильной передачи сигнала. Измерение также влечет за собой непосредственное сохранение данных в памяти числового процессора.

Обработанный сигнал обычно подвергается мультиплексированию с частотным разделением (FDM) или мультиплексированию с временным разделением (TDM). В последнем из них подключение выходов различных цепочек к памяти системы происходит последовательно, т.е. в заданном порядке.

В каждой измерительной цепи аналоговые сигналы преобразуются в цифровые сигналы с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а затем кодируются в соответствии с представлением значения амплитуды и адаптируются к диапазону амплитуд (программируемое усиление).

В контролируемых промышленных процессах обычно используются десятки датчиков, поэтому нерентабельно резервировать отдельную систему сбора данных, включая усиление, аналого-цифровое преобразование и т. д., для каждого сигнала. Вот почему для сбора данных требуется этап мультиплексирования сигналов на входе в единый канал сбора данных, который реализуется с помощью специальных устройств, известных как мультиплексоры.

 

Определение

Мультиплексор — это система с несколькими входами и одним выходом для приема сигналов, поступающих из нескольких сетей сбора данных. Устройство передает все входные сигналы микропроцессору, который принимает и обрабатывает данные, передает их на устройства вывода и управляет системой в целом.

Благодаря мультиплексированию измерительная система способна последовательно направлять несколько сигналов на один цифровой преобразователь, тем самым предоставляя недорогое средство увеличения количества каналов системы. Мультиплексор состоит из набора переключателей и обеспечивает значительное снижение затрат за счет использования всего одного аналого-цифрового преобразователя для нескольких входов. Таким образом, мультиплексор можно рассматривать как схему или устройство, которое позволяет совместно использовать доступную пропускную способность одного соединения между несколькими каналами передачи.

С помощью селекторных контактов один и только один вход может связываться с единственным выходом. Блок управления последовательно сканирует все входы и считывает их со скоростью, соответствующей теореме дискретизации для данного сигнала.

По сути, мультиплексоры используются для увеличения количества данных, которые могут быть переданы по сети с заданной пропускной способностью за заданный период времени.

 

Типы  

Существуют мультиплексоры для цифровых и аналоговых сигналов. Цифровой мультиплексор имеет цифровые входные сигналы, поступающие из нескольких сетей сбора данных. Устройство передает эти входные сигналы в систему обработки, обычно микропроцессор, который получает и обрабатывает данные, передает их на устройства вывода и управляет системой в целом. Аналоговый мультиплексор — это устройство, позволяющее коммутировать n аналоговых каналов в один аналоговый выходной канал. Эта коммутация управляется цифровым сигналом, который кодирует выбранный входной канал. Аналоговый мультиплексор может быть несимметричным или обрабатывать дифференциальные входы. В одностороннем мультиплексоре устройство настроено на коммутацию отдельных аналоговых каналов, тогда как дифференциальный мультиплексор может использоваться для дифференциальных сигналов.

Г.М. Искробезопасная мультиплексная система D2000 International  доступна для цифровых или температурных приложений. В частности, эта серия включает в себя блок шлюза (D2050M), платы расширения с 16 входами для получения температуры от термопар, резистивных датчиков сопротивления, сигналов мВ или мА (D2010M, D2011M), цифровую плату расширения с 32 входами (D2030M) и повторители сигналов. с релейными выходами SPDT (D2052M) или с выходами с открытым коллектором (D2053M).

В типичных приложениях шлюз (D2050M), установленный в безопасной зоне, обеспечивает 2-проводную искробезопасную связь, снабжая платы ввода-вывода (D2010M, D2011M, D2030M) как сигналом, так и питанием. Расположенные рядом с датчиками, эти платы ввода-вывода собирают и передают данные на шлюз, который затем отправляет выходной сигнал полевой шины (резервный Modbus) или последовательный (RS232) на ПЛК/РСУ в безопасной зоне. Значительная экономия затрат на проводку и встроенные платы ввода-вывода блока управления в сочетании с оптимизацией системы сбора данных.

 

 

Поделитесь этой публикацией с друзьями

Мультиплексор: работа и его применение и перенаправляет выбранный вход на одну выходную строку. Отдельный набор цифровых входов, известных как линии выбора, управляет выбором. Мультиплексор с двумя входами имеет n линий выбора, которые определяют, какая входная линия отправляется на выход.

Мультиплексор

• Это комбинационная схема с несколькими входами данных и одним выходом, основанная на входах управления или выбора. Log n (base2) строк выбора требуется для N строк ввода, или 2n строк ввода требуют n строк выбора. Мультиплексоры также называют «селекторами данных n, параллельными последовательными преобразователями, схемами «многие в одну» и универсальными логическими схемами». Мультиплексоры в основном используются для увеличения объема данных, которые могут быть переданы по сети за заданное количество времени и полосы пропускания.

Что такое мультиплексирование?

• Процесс объединения одного или нескольких сигналов и их передачи по одному каналу называется мультиплексированием. В аналоговых системах связи канал связи является ограниченным ресурсом, который необходимо использовать с умом. Мультиплексирование является очень полезной концепцией экономичного и эффективного использования канала, поскольку оно позволяет нескольким пользователям логически совместно использовать один канал.

Технологии и процессы мультиплексирования включают, помимо прочего, следующее.

• TDM — мультиплексирование с временным разделением (TDM) — — это процесс связи, который отправляет два или более потоковых цифровых сигнала по одному каналу. TDM делит входящие сигналы на равные временные интервалы фиксированной длины. Эти сигналы мультиплексируются, а затем передаются по общей среде перед демультиплексированием и повторной сборкой в ​​исходный формат. Выбор временных интервалов пропорционален общей эффективности системы.
• Мультиплексирование на основе длины волны- WDM — это технология или метод, который модулирует несколько потоков данных, т. е. оптических несущих сигналов лазерного излучения различной длины волны (цвета), в одно оптическое волокно. WDM обеспечивает двунаправленную связь, а также увеличение пропускной способности сигнала.
• WDM — это мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM), но оно относится к длине волны света, а не к частоте. Однако, поскольку длина волны и частота обратно пропорциональны (более короткая длина волны соответствует более высокой частоте), термины WDM и FDM относятся к одной и той же технологии — свету в оптическом кабеле, используемому для передачи данных и сигналов связи.
• DWDM (плотное мультиплексирование с разделением по длине волны) — Плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) — это WDM с типичным разносом каналов 100 ГГц для 40 каналов и 50 ГГц для 80 каналов. Сигналы TDM (мультиплексирование с временным разделением) присутствуют в каждом канале. И каждый из 80 каналов оптического волокна может передавать 2,5 Гбит/с, что в сумме составляет 200 миллиардов бит в секунду. Эти сигналы используют третье окно передачи, известное как C-диапазон, с длинами волн светового луча в диапазоне от 1530 до 1565 нм. (нм = нанометр, который составляет одну миллиардную часть метра).
• FDM (Мультиплексирование с частотным разделением) — FDM — это сетевой метод, в котором несколько сигналов данных объединяются для одновременной передачи по общей среде связи. Для каждого потока данных FDM использует дискретный несущий сигнал, а затем объединяет множество модулированных сигналов.
• Когда FDM используется, чтобы позволить нескольким пользователям совместно использовать одну физическую среду связи (вместо радиовещания), эта технология называется множественным доступом с частотным разделением каналов (FDMA).
• OFDM (Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) — OFDM — это метод, метод или схема цифровой модуляции с несколькими несущими, в которой используется множество близко расположенных поднесущих — ранее модулированный сигнал модулируется в другой сигнал с более высокой частотой и полосой пропускания. Каждая из этих поднесущих содержит несколько параллельных потоков данных или каналов и обычно модулируется с низкой скоростью передачи символов; это группы данных, связанные (но не совпадающие) с общим битрейтом, который выражается в битах в секунду.
• Эта технология также известна как кодированная OFDM (COFDM) и дискретная многотональная модуляция (DMT) и используется как в беспроводной, так и в физической среде связи.
• ADM (Мультиплексирование ввода-вывода) — Оптоволоконная сеть в значительной степени зависит от мультиплексоров ввода-вывода (ADM). Он может объединять (то есть мультиплексировать) несколько потоков данных с низкой пропускной способностью в один световой луч, а также отбрасывать или удалять другие сигналы с низкой пропускной способностью из потока данных и направлять их на другие сетевые маршруты. Эталон Фабри-Перо — это технология фильтрации, используемая с ADM. Оптические мультиплексоры ввода-вывода — это еще одно название мультиплексоров ввода-вывода.

Как работает мультиплексирование

• Типы мультиплексирования, наиболее тесно связанные сегодня с телекоммуникациями, включают мультиплексирование с частотным разделением, мультиплексирование с временным разделением и мультиплексирование с разделением по длине волны.
• Мультиплексор с временным разделением в телекоммуникациях и обработке сигналов может выбирать несколько выборок отдельных аналоговых сигналов и объединять их в один широкополосный аналоговый сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией (PAM). Когда есть два входных сигнала и один выходной сигнал, MUX называется мультиплексором 2-к-1; когда есть четыре входных сигнала, он называется мультиплексором 4-к-1 и так далее.
• Несколько потоков данных входных сигналов с переменной скоростью передачи данных (с использованием связи в пакетном режиме) могут быть объединены или мультиплексированы в один сигнал с постоянной полосой пропускания для цифровых сигналов в телекоммуникациях в компьютерной сети или с цифровым видео. Ограниченное количество потоков данных входных сигналов с постоянной скоростью передачи данных может быть мультиплексировано в один поток данных с более высокой скоростью передачи данных с использованием альтернативного метода, использующего TDM.
• Для завершения процесса разделения мультиплексных сигналов, переносимых одним общим носителем или устройством, мультиплексору требуется демультиплексор. Мультиплексор и демультиплексор часто объединяются в одно устройство (также известное как мультиплексор), чтобы устройство могло обрабатывать как входящие, так и исходящие сигналы.
• Альтернативно, один выход мультиплексора может быть подключен к одному входу демультиплексора по одному каналу. Любой метод часто используется в качестве меры по сокращению затрат. Поскольку большинство систем связи осуществляют передачу в обоих направлениях, на обоих концах линии передачи потребуется одно комбинированное устройство (как в последнем примере) или два отдельных устройства (как в первом).

Мультиплексор 2×1:

• В мультиплексоре 2×1 имеется только два входа, т. е. A0 и A1, 1 линия выбора, т. е. S0, и одиночные выходы, т. е. Y. На основе комбинации входов, которые присутствуют на линии выбора S0, один из этих 2-х входов будет подключен к выходу. Блок-схема и таблица истинности мультиплексора 2×1 приведены ниже.

Блок-схема:

Таблица истинности:

x	ф
0	1
1	0

Логическое выражение:

Y = S0′.A0+S0.A1

Логическая схема:

4 × 1 Многочисленная I1 и I0, две линии выбора s1 и s0 и один выход Y составляют мультиплексор 4×1. Блок-схема мультиплексора 4×1 показана на рисунке ниже.

Блок-схема:

Таблица истинности:

S 1	С 0	Д
0	0	А 0
0	1	А 1
1	0	А 2
1	1	А 3

Логическое выражение:

y = S1 ′ S0 ′ A0+S1 ′ S0 A1+S1 S0 ′ A2+S1 S0 A3

Логическая схема:

9003

4 40072. Мультиплексоры более высокого порядка выполняются с использованием мультиплексоров более низкого порядка.

Применение мультиплексора

• Мультиплексоры используются в различных областях, где несколько потоков данных должны передаваться по одной линии. Ниже приведены некоторые примеры применения мультиплексора.
• Система связи. Система связи представляет собой совокупность систем, обеспечивающих связь, таких как система передачи, ретрансляционная и подчиненная станция, а также сеть связи. Эффективность системы связи можно значительно повысить, используя мультиплексор. Мультиплексоры обеспечивают одновременную передачу нескольких типов данных, таких как аудио и видео, по одной линии передачи.
• Телефонная сеть — с помощью мультиплексоров несколько аудиосигналов объединяются в одну линию для передачи в телефонную сеть. Таким образом можно изолировать несколько аудиосигналов, и желаемые аудиосигналы в конечном итоге достигнут своих предполагаемых получателей.