что это такое? Схема применения оптического модуля

На сегодняшний день приобретение дополнительной техники или специальных устройств является достаточно дорогим удовольствием. Для того, чтобы сохранить свои финансовые затраты, довольно часто используют такие устройства, как мультиплексор и демультиплексор, которые являются своеобразными селекторами данных.

В случае с мультиплексором есть возможность через один выход пропустить информацию с нескольких входов. А демультиплексор действует с точностью наоборот – распределяет полученные данные с одного входа на разные выходы.

Мультиплексор представляет собой такое оборудование, которое содержит в себе несколько входов сигнала, один или несколько входов управления и лишь один общий выход. Данное устройство дает возможность передавать определенный канал из одного из имеющихся входов на специальный и единственный выход.

При всем этом выбирается вход с помощью подачи определенной комбинации сигналов управления. Чаще всего мультиплексор необходим там, где нужно обустраивать для передачи сигналов большое количество каналов (сигналов), а денег и технического оснащения для этого нет.

Работоспособность данного типа устройства основана на том, что сигнал связи, даже в случае, если он один, очень часто не применяется на всю мощность. По этой причине имеется лишнее место для запуска других потоков информации по одной линии.

Разумеется, что если все эти потоки пускаются в изначальном виде и в одно и то же время, то на выходе получится обычная мешанина информационных данных, которую будет практически нереально расшифровать. Из-за этого мультиплексор производится при помощи разделения потоков информации разнообразными методами.

Разделение по частотным полосам – это когда все потоки данных идет в одно и то же время, но с разной частотой. При этом не происходит смешивание потоков. Кроме этого, есть возможность пустить потоки в различных временных линиях. Также особо популярным является способ кодирования. В этом случае все потоки обозначаются специальными знаками, кодируются и одновременно отправляются.

Мультиплексоры классифицируют по нескольким критериям: по месту использования или по своим целевым задачам и так далее.

Линия связи мультиплексора и демультиплексора

Основным различием мультиплексоров считается то, каким образом происходит уплотнение сигналов в один сплошной поток.

Мультиплексирование бывает таких видов:

• временного характера;
• пространственного типа;
• кодовым;

Как правило, если каналы являются проводными, то в применении актуальны первые два метода, а для беспроводных каналов применяются все четыре варианта. Обычно, если речь идет о мультиплексоре, то подразумевается проводное устройство. 

По этой причине стоит более подробно ознакомиться с частотным и временным методами:

Методы мультиплексирования

Частотное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы исполнить частотное мультиплексирование необходимо для всех потоков определить определенный частотный период. Перед самим процессом нужно переместить спектра всех каналов, что входят в период иной частоты, что не будет никак пересекаться с иными сигналами. Кроме того, для обеспечения надежности, меж частотами делают определенные интервалы для дополнительной защиты. Данный метод применяют и в электрических, и в оптических связных линиях.

Временной вариант

Временное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы передать каждый сигнал в сплошном потоке, что входит, имеется определенное количество времени. В этом случае, перед устройством стоит особая задача – гарантировать доступ циклов к общей среде перенаправления для потоков, которые входят на маленький временной промежуток.

При этом необходимо сделать так, чтобы не возникло нежелательное накладывание каналов друг на друга, которое смешивает информацию. Для этого используют специальные интервалы для защиты, которые ставят меж этими самыми каналами.

Этот способ используют, как правило, для цифровых связных каналов.

Классификация мультиплексоров

Мультиплексоры существуют таких видов:

1. Терминальные. Их размещают на концах связных линий.
2. Ввода и вывода. Такие устройства встраивают в разрыв связных линий, чтобы из сплошного потока выводить определенные сигналы. При их помощи можно обойтись без дорогостоящих мультиплексоров терминального типа.

Также мультиплексоры классифицируются таким способом:

Аналоговые мультиплексоры

Ключи аналогового типа являются специальными аналого-дискретными элементами. Аналоговый ключ может быть представлен в качестве отдельно взятого устройства. Набор такого рода ключей, которые работают на единственный выход с цепями выборки определенного ключа, являются специальным аналоговым мультиплексором. Аналоговое оборудование в каждый период времени выбирает определенный входной канал и направляет его на специальное устройство

Цифровые мультиплексоры

Цифровые оборудования делятся на мультиплексоры второго, первого и иных высоких уровней. Цифровые мультиплексоры дают возможность принимать сигналы цифрового типа из устройств низкого уровня. При этом можно их записать, образовать цифровое течение высокого уровня. Таким образом, входящие потоки синхронизируются. Также можно отметить, что они обладают одинаковыми скоростями.

Области применения

Видеомультиплексоры применяют в телевизионной технике и различных дисплеях, в системах охранного видеонаблюдения. На мультиплексировании базируется GSM-связь и разнообразные входные модемы провайдеров в интернете. Также данные устройства применяют в GPS-приемниках, в волоконно-оптических связных линиях широкополосного типа.

Мультиплексоры используют в различных делителях частоты, специальных триггерных элементах, особых сдвигающихся устройствах и так далее. Их могут применять для того, чтобы преобразовать определенный параллельный двоичный код в последовательный.

Схема применения оптического мультиплексора

Структура мультиплексора

Мультиплексор состоит из специального дешифратора адреса входной линии каналов, разнообразных схем, в том числе и схемы объединения.

Структуру мультиплексора можно рассмотреть на примере его общей схемы. Входные данные логического типа поступают на выходы коммутатора, и далее через него направляются на выход. На вход управления подается слова адресных каналов. Само устройство тоже может обладать специальным входом управления, который дает возможность проходить или не проходить входному каналу на выход.

Существуют типы мультиплексоров, которые обладают выходом с тремя состояниями. Все нюансы работы мультиплексора зависят от его модели.

Демультиплексор

Демультиплексор представляет собой логическое устройство, которое предназначено для того, чтобы свободно переключать сигнал с одного входа информации на один из имеющихся информационных выходов. На деле демультиплексор является противоположностью мультиплексору.

Во время передачи данных по общему сигналу с разделением по временному ходу необходимо как использование мультиплексоров, так и применение демультиплексоров, то есть прибор обратного функционального назначения. Это устройство распределяет информационные данные из одного сигнала между несколькими приемниками данных.

Особым отличием данного типа устройства от мультиплексоров считается то, что есть возможность обледенить определенное количество входов в один, не применяя при этом дополнительных схем. Но для того, чтобы увеличить нагрузку микросхемы, на выходе устройства для увеличения входного канала рекомендуется установить специальный инвертор.

В схеме самого простого такого устройства для определенного выхода применяется двоичный дешифратор. Стоит отметить, что при подробном изучении дешифратора, можно сделать демультиплексор гораздо проще. Для этого необходимо ко всем логическим элементам, которые входят в структуру дешифратора прибавить еще вход. Данную структуру достаточно часто называют дешифратором, который имеет вход разрешения работы.

На что следует обратить внимание при выборе мультиплексора?

1. Какие камеры используются – черно-белые, цветные?
2. Общее количество камер, которое возможно подключить к устройству.
3. Тип мультиплексора.
4. Разрешение устройства.
5. Наличие детектора, определяющего движение.
6. Можно ли подключить второй экран монитора?

При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Мультиплексоры и демультиплексоры

3.7. Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексор — это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему единственному выходу, в зависимости от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор — переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует управляющему двоичному коду.

Ну и частное определение: мультиплексор — это устройство, преобразующее параллельный код в последовательный.

Структуру мультиплексора можно представить различными схемами, например, вот этой:

Рис. 1 – Пример схемы конкретного мультиплексора

Самый большой элемент здесь это элемент И-ИЛИ на четыре входа. Квадратики с единичками — инверторы.

Разберем выводы. Те, что слева, а именно D0-D3, называются информационными входами. На них подают информацию, которую предстоит выбрать. Входы А0-А1 называются адресными входами. Сюда и подается двоичный код, от которого зависит, какой из входов D0-D3 будет подключен к выходу, на этой схеме обозначенному как Y. Вход С – синхронизация, разрешение работы.

На схеме еще есть входы адреса с инверсией. Это чтобы сделать устройство более универсальным.

На рисунке показан, как еще его называют, 4Х1 мультиплексор. Как мы знаем, что число разных двоичных чисел, которые может задавать код, определяется числом разрядов кода как 2

n, где n – число разрядов. Задавать нужно 4 состояния мультиплексора, а, значит, разрядов в коде адреса должно быть 2 (2² = 4).

Для пояснения принципа работы этой схемы посмотрим на её таблицу истинности:

A1	A0	Y
0	0	D0
0	1	D1
1	0	D2
1	1	D3

Так двоичный код выбирает нужный вход. Например, имеем четыре объекта, и они подают сигналы, а устройство отображения у нас одно. Берем мультиплексор. В зависимости от двоичного кода к устройству отображения подключается сигнал от нужного объекта.

Микросхемой мультиплексор обозначается так:

Рис. 2 – Мультиплексор как МКС

Демультиплексор — устройство, обратное мультиплексору. Т. е., у демультиплексора один вход и много выходов. Двоичный код определяет, какой выход будет подключен ко входу.

Другими словами, демультиплексор — это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких своих выходов и подключает его к своему входу или, ещё, это переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий один вход и несколько выходов.

Ко входу подключается тот выход, чей номер соответствует состоянию двоичного кода. И частное определение: демультиплексор — это устройство, которое преобразует последовательный код в параллельный.

Обычно в качестве демультиплексора используют

дешифраторы двоичного кода в позиционный, в которых вводят дополнительный вход стробирования.

Из-за сходства схем мультиплексора и демультиплексора в КМОП сериях есть микросхемы, которые одновременно являются мультиплексором и демультиплексором, смотря с какой стороны подавать сигналы.

Например, К561КП1, работающая как переключатель 8х1 и переключатель 1х8 (то есть, как мультиплексор и демультиплексор с восемью входами или выходами). Кроме того, в КМОП микросхемах помимо переключения цифровых сигналов (логических 0 или 1) существует возможность переключения аналоговых.

Другими словами, это переключатель аналоговых сигналов, управляемый цифровым кодом. Такие микросхемы называются коммутаторами. К примеру, с помощью коммутатора можно переключать сигналы, поступающие на вход усилителя (селектор входов). Рассмотрим схему селектора входов

УМЗЧ. Построим её с использованием триггеров и мультиплексора.

Рис. 3 — Селектор входных сигналов

Итак, разберем работу. На триггерах микросхемы DD1 собран кольцевой счетчик нажатий кнопки разрядностью 2 (два триггера — 2 разряда). Двухразрядный двоичный код поступает на адресные входы D0-D1 микросхемы DD2. Микросхема DD2 представляет собой сдвоенный четырехканальный коммутатор.

В соответствии с двоичным кодом к выходам микросхемы

А и В подключаются входы А0-А3 и В0-В3 соответственно. Элементы R1, R2, C1 устраняют дребезг контактов кнопки.

Дифференцирующая цепь R3C2 устанавливает триггеры в нулевое состояние при включении питания, при этом к выходу подключается первый вход. При нажатии на кнопку триггер DD1.1 переключается в состояние лог. 1 и к выходу подключается второй вход и т. д. Перебор входов идет по кольцу, начиная с первого.

С одной стороны просто, с другой немного неудобно. Кто его знает, сколько раз нажали на кнопку после включения и какой вход подключен к выходу сейчас. Хорошо бы поставить индикатор подключенного входа.

Вспоминаем семисегментный дешифратор. Переносим дешифратор с индикатором на схему коммутатора и первые два входа дешифратора (на схеме обозначен как DD3), т. е. 1 и 2 (выводы 7 и 1) подключаем к прямым выходам триггеров DD1.1 DD1.2 (выводы 1 и 13). Входы дешифратора 4 и 8 (выводы 2 и 6) соединяем с корпусом (т. е. подаем лог. 0). Индикатор будет показывать состояние кольцевого счетчика, а именно цифры от 0 до 3. Цифра 0 соответствует первому входу, 1 — 2-му и т. д.

Рекомендую самостоятельно составить новую схему селектора.

Комбинационные схемы. Мультиплексор. Увеличение разрядности мультиплексора. Реализация фал на мультиплексоре. Демультиплексор.

Комбинационные схемы — такие схемы, в которых значения сигналов на выходе определяется только входными переменными. Схемы такого рода, обычно, не имеют обратных связей. Памяти в таких схемах нет.

Полный мультиплексор

Сокращенный мультиплексор – когда информационных входов меньше, чем 2ⁿ.

Мультиплексор — коммутирующий элемент, который передает сигнал с одного из многих информационных входов на один единственный информационных выход под управлением селекторных (адресных, выбирающих) входов.

Логика работы — много в один.

Применение: коммутация, мультиплексирование.

Построим маленький мультиплексор:

. Если A0=0, то D0, если A0=1, то D1

Дополнение: Входы разрешения работы позволяют управлять устройством.

Логическая схема 4-х разрядного мультиплексора:

С использованием дешифратора:

Мультиплексор является базисом, причем он не требует дополнительных элементов.

Предположим, есть мультиплексор с n-адресными входами.

n — кол-во переменных, от которых зависит ф-я. 2ⁿ— кол-во входных наборов.

С входным программируемым набором (хранится в памяти). Функция меняется:

	a b c	F(abc)
0	0 0 0	1
1	0 0 1	0
2	0 1 0	1
3	0 1 1	0
4	1 0 0	1
5	1 0 1	1
6	1 1 0	1
7	1 1 1	0

Основные свойства:

1. Коммутация.

2. Реализуется простейшими наборами элементов (И, ИЛИ).

3. Базис – позволяет реализовать любую логическую функцию от n перемных = колучеству адресных входов).

Увеличение разрядности мультиплексора

1. Используется каскадирование и основан он на использовании входа разрешения E

2. Пирамидальное каскадирование. С использованием только мультиплексора.

Демультиплексор — схема дешифратора, при организации «из одного в многое». Демультиплексирование – обеспечение коммутации из одного входа в несколько.

Входы дешифратора несут нагрузку информационную — т.е. адрес передачи. В демультиплексоре: входы — адресы входов.

Задача демультиплексирования сводится к обеспечению коммутации «один-ко-многим». Решается с помощью дешифратора с входом E.

Ai E

1 E = E – будет передано на тот выход, на котором единица

11. Сумматоры. Одноразрядный комбинационный полусумматор. Варианты реализации и их сравнение.

Микросхемы сумматоров (английское Adder), как следует из их названия, предназначены для суммирования двух входных двоичных кодов, то есть выходной код будет равен арифметической сумме двух входных кодов.

Сумма двух двоичных чисел с числом разрядов N может иметь число разрядов (N + 1). Этот дополнительный (старший) разряд называется выходом переноса.

Помимо выходных разрядов суммы и выхода переноса, сумматоры имеют вход расширения (другое название — вход переноса) С для объединения нескольких сумматоров с целью увеличения разрядности. Если на этот вход приходит единица, то выходная сумма увеличивается на единицу, если же приходит нуль, то выходная сумма не увеличивается. Если используется одна микросхема сумматора, то на ее вход расширения С необходимо подать нуль.

Сумматоры

x_i– первое слагаемое

y_i – второе слагаемое

P_i-1 – перенос и предыдущего разряда

S_i – разряд сумм

q – основание системы счисления

P_i – перенос в следующий разряд

Сложение и сдвиг – 2 операции, которыми можно заменить все остальные.

Полусумматорами называют устройства с двумя входами и двумя выходами, на которых вырабатываются сигналы суммы и переноса согласно формулам (см. формулы ниже для 3 случаев).

Сложение по модулю 2. Таблица истинности.

X	Y	S(x,y)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Одноразрядный комбинационный полусумматор

УГО полусумматора:

Схема 1:

Нет обработки предыдущего переноса.

Схема 2:

Схема 3:

Реализация на элементе «стрелка Пирса».

Параметры:

1. однозначность элементов

2. простота реализации

3. быстродействие

4. тепловыделение

Демультиплексор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 августа 2014; проверки требуют 38 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 августа 2014; проверки требуют 38 правок. Условное графическое обозначение (УГО) демультиплексора «1 в 4».

Демультиплексор — это логическое устройство, предназначенное для переключения сигнала с одного информационного входа на один из информационных выходов. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. На схемах демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.

В случае ТТЛ логики для коммутации каналов применяются логические элементы «И». В КМОП-микросхемах широко применяются ключи на полевых транзисторах. Поэтому в них отсутствует понятие демультиплексора. Информационные входы и выход можно поменять местами, в результате чего мультиплексор может служить в качестве демультиплексора.

Если между числом выходов и числом адресных входов действует соотношение n=2^m для двоичных демультиплексоров или n=3^m для троичных демультиплексоров, то такой демультиплексор называют полным. Если n<2^m для двоичных демультиплексоров или n<3^m для троичных демультиплексоров, то демультиплексор называют неполным. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют функцию входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров в отечественных микросхемах используются одинаковые буквы — ИД.

Демультиплексоры выполняют унарные (одновходовые, однооперандные) логические функции с n-арным выходом.

• Мультиплексор
• Дешифратор — это коммутатор сигналов на один из нескольких выходов. При наличии разрешающего входа дешифратор можно использовать как демультиплексор.

• Цифровая схемотехника Е. Угрюмов

Мульт.демультиплексоры

Лекция №

Комбинационные устройства

Мультиплексоры

Мультиплексор (multiplexer) – это цифровое устройство, предназначенное для передачи данных от одного из m-источников, избираемого в соответствии с его n-разрядным адресом к общей выходной линии.

Т. е. Назначение МХ коммутировать желаемом порядке информацию, поступающую с нескольких входных шин на одну выходную. С помощью МХ осуществляется временное разделение информации, поступающим по разным каналам.

Число информационных входных каналов МХ и число адресных входов связаны соотношением:

Входные и выходные сигналы МХ могут быть представлены как в цифровой, так и в аналоговой форме, а адресация выбора входных каналов данных осуществляется в цифровой форме. Для коммутации аналоговых сигналов используются двунаправленные КМОП ключи.

Условное изображение восьмивходового мультиплексора. MS – (multiplexer-selector).

Данный MS имеет три адресных входа и восемь информационных входов и один выход .

На адресных входах могут быть сформированы двоичные коды от 000 до 111, которые соответствуют адресам от источников данных от 0 до 7.

– вход разрешения выхода, расширяет возможности мультиплексора.

Рассмотрим простейший мультиплексор вида 2:1 («две линии к одной»).

Условное графическое изображение

Логическая структура

Таблица истинности

Т. е. – – Условиее функционирования

Эти условия могут быть переписаны в виде логического уравнения:

Данный принцип положен в основу построения и более сложных мультиплексоров. Рассмотрим логическую структуру реального мультиплексора 4:1 (половина ИС К155КП2).

Таблица истинности

Входы			Выход F
0 0 0 0 1	0 0 1 1	0 1 0 1	X0 X1 X2 X3 X4

Логическое уравнение

Из таблицы истинности и логического уравнения работы следует, что двоичный код на адресных входах эквивалентны индексу информационного входа.

Вход – разрешающий, при схема работает как при на одном из входах элементов И – логический 0 и на выходе .

Условное графическое изображение.

Обычно информационные входы обозначают (data – вход данных), SED(SE) –адресный вход.

Применение мультиплексоров

1. Основное – мультиплексор/селектор.

2. Преобразователь параллельного кода в выходной последовательный кода

Для выполнения этой функции параллельный m-разрядный код подают на m информационных входов , а затем проводят последовательный стробируемый опрос указанных входов.

3. Универсальный логический элемент (генерирование логических функций n+1 аргументов), где n – число адресных входов мультиплексора.

Применение как универсального логического элемента оправдано, когда число переменных достаточно велико: 4-5 и более. В этом случае один может заменить несколько корпусов ЛЭ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Это свойство основано на общем свойстве логических функций принимать два значения 0 или 1.

.

Пример: функция ­– исключающее ИЛИ.

Подавая на адресные входы переменные и зная, какой выходной уровень должен отвечать каждому сочетанию, установив на информационных входах соответствующие уровни, изучим требуемое логическое устройство.

Если число аргументов равно n+1, то следует включать несколько иначе.

Пусть требуется составить схему регулирующую функцию трех переменных.

;

Составим таблицу истинности:

Таблицу составляют по группам по две строки в каждой: в каждой группе и – неизменны, а принимает два состояния 0 или 1. Тогда выходной сигнал может иметь одно из 4-х состояний . Подавая на адресные выходы , а на информационные входы сигналы согласно таблице истинности, получаем требуемое логическое устройство.

				Прин.
0 0	0 0	0 1	1 1
0 0	1 1	0 1	0 1
1 1	0 0	0 1	0 0
1 1	1 1	0 1	1 0

Способы наращивания мультиплексоров

У , выпускаемых в виде самостоятельных изделий, число входов не превышает 16. Большее число входов обеспечивается путем наращивания.

Наращивание можно осуществлять двумя способами:

Каскадный (пирамидальный метод).

Пирамидальный строят по ступенчатому принципу.

Каждая ступень, начиная с первой, имеет больше входов, чем последующая.

Младшие разряды кода адреса подаются на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды адресного кода.

Варианты мультиплексора

16:1 на основе 4:1.

Недостатки данного способа:

1. Повышенный расход микросхем.

2. Сравнительно невысокое быстродействие из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.

реализует следующую логическую функцию:

Поэтому при коде

Последовательный способ

Состоит в последовательном соединении разрешающих входов и внешних логических элементов.

Адресные входы низших разрядов .

Параллельное наращивание

При параллельном построении используют мультиплексоры с трехстабильными выходами, которые могут быть переведены в высокоимпедансное состояние единичным сигналом на входе разрешения , а при реализации сигнала на выход передается информационного входа, избранного адресным кодом .

Входами разрешения управляет дешифратор . Поэтому в любой момент времени на выходах всех , кроме одного, будет реализовано z-состояние.

Выбор канала передачи осуществляется двумя цепями:

1. Цепью выбора . Сигналы в этой цепи формирует дешифратор и они поступают на входы разрешения .

2. Цепью, формирующей адресный код . Этот код воздействует одновременно на входы всех мультиплексоров схемы.

Работа схемы описывается следующими логическими уравнениями:

Где EMBED Equation.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

Подключение к выходной линии большого числа выходов в параллель, приводит к суммированию их выходных емкостей, а, следовательно, и к снижению быстродействия схемы.

Демультиплексоры

Демультиплексоры в функциональном отношении противоположно мультиплексорам. Здесь сигналы с одного информационного входа распределяются в желаемой последовательности по нескольким выходам. Выбор нужной выходной линии обеспечивается кодом на адресных входах.

Если число адресных входов – , то число выходов. Идею работы демультиплексора рассмотрим на простейшем примере:

Вход x – информационный

А – адресный, определяет на каком из выходов будет формироваться сигнал x.

При

Демультиплексоры с большим числом выходов работают по тому же принципу, только имеют более сложную схему. Примером служит вида 1 : 4.

Здесь – адресные входы; – информационный; – разрешающий.

Входы				Выходы
0 0 1 1	0 1 0 1	X X X X	0 0 0 0 1	X 0 0 0 0	0 X 0 0 0	0 0 X 0 0	0 0 0 X 0

Номера выходных выходов соответствуют двоичному коду на адресных входах.

Если у 1 : 4 на информационном входе поддерживается потенциал «1», а на входе – «0», то прибор будет работать как дешифратор 2 : 4.

Для увеличения числа выходов демультиплексоров применяется наращивание:

Мультиплексоры

Мультиплексоры

 

     Мультиплексор — коммутатор цифровых сигналов. Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с m информационными, n управляющими входами и одним выходом. Функционально  мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены дизъюнктивно с помощью элемента ИЛИ с m входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

         Функциональная схема мультиплексора приведена на рис.2.13.

 

 

Из рис. 2.13. следует, что мультиплексор содержит дешифратор на соответствующее число выходов (число выходов дешифратора определяется числом информационных входов мультиплексора), элементы конъюнкции на два или на три входа каждый и элемент дизъюнкции с числом входов, равным количеству информационных линий D0 . . . Dm. Число входов элементов И может быть равным только двум, однако, во многих случаях возникает необходимость стробирования выходного сигнала мультиплексора импульсами независимого источника. В таких случаях в структуре мультиплексора используются элементы И с тремя входами. Одни из входов всех элементов конъюнкции, в последнем случае, объединяются, и по этой линии подается сигнал разрешения работы мультиплексора (стробирующий сигнал). Наличие дополнительного управляющего входа расширяет функциональные возможности мультиплексора и позволяет проще реализовать методы борьбы с гонками.

 

         На рис. 2.14 показано обозначение мультиплексора на принципиальных и функциональных электрических схемах.

 

 

         Из уравнения мультиплексора видно, что на его выход будет передаваться сигнал только с одного входа, номер которого совпадает с числом, соответствующим кодовой комбинации Х1 и Х2. Если Х1=Х2=0, на выход мультиплексора будет передаваться сигнал с входа D0. Когда на адресных (управляющих) входах Х1=1 и Х2=0, то на выход будет передаваться сигнал с входа D1 и т.д.

         Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов динамических оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Следует отметить, что мультиплексоры хотя, и  предназначены для коммутации цифровых сигналов, но с помощью мультиплексоров, изготовленных по КМОП технологии, можно коммутировать и аналоговые сигналы.

 

         Универсальные логические модули (УЛМ) на МS. Кроме ком-мутационных функций, мультиплексоры позволяют реализовать комбинационные устройства на m (m-количество управляющих входов) входов и на один выход. Если комбинационное устройство, построенное на базе мультиплексора, не требует подключения дополнительных элементов логики, оно называется универсальным логическим модулем. Отметим, что мультиплексор 8 ®1 (3 управляющих и 8 информационных входов) позволяет реализовать любую функцию трёх переменных.

         Для получения УЛМ управляющие входы мультиплексора представляют как информационные, а информационные входы — как настроечные (следовательно, у мультиплексора 8 ®1 будут три информационных и 8- настроечных входов).

         Пусть функция задана в виде карты Карно (рис.2.15).

 

 

 

 

 

 

 

       

         При построении УЛМ на карте Карно минимизационные контуры не проводятся. По карте записывается СHДФ с учетом состояния информационных (настроечных) входов мультиплексора.

 

         Cопоставляя полученную СHДФ с формулой мультиплексора, определяем номера коэффициентов “а”, т.е.

 

Следовательно, эти коэффициенты равны единице, т.е. D₀ = D₃ = D₅= D₆ = 1, а на остальных настроечных входах логические нули, т.е. D₁ = D₂ = D₄ = D₇ = 0.

         Схема комбинационного устройства, построенного на базе мультиплексора 8-1 и реализующего функцию f (x), приведена на рис. 2.16.

         Как следует из рис. 2.16, построение комбинационного устройства на базе мультиплексора сводится к объединению настроечных входов так, чтобы получилось две группы. К одной группе входов, в соответствии с заданной функцией, подают логический “0”, а другой — “1”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

         На базе мультиплексоров можно синтезировать комбинационные устройства, которые могут реализовать функции на большее число переменных, чем количество управляющих входов мультиплексора. Очевидно, и в этом случае, мультиплексор сохраняет свою универсальность, так как часть переменных реализуемой функции непосредственно подается на входы Х₁ . . . Х_m  мультиплексора (количество переменных, непосредственно подаваемых на управляющие входы мультиплексора равно m).

         Синтез комбинационного устройства на мультиплексоре, реализующего функцию с числом переменных больше, чем число управляющих входов мультиплексора. Часто использование мультиплексора при синтезе КУ существенно упрощает этот процесс и схему цифрового автомата.

         В общем случае, когда требуется синтезировать КУ, реализующее функцию N аргументов на мультиплексоре с M управляющими входами и 2^М информационными входами, М младших переменных из набора Х₁, Х_2, . .  .  . Х_N следует подать на управляющие входы, а информационные сигналы (настроечные) D₀, D₁, . . . . D₂^м нужно представить функциями остальных (N — M) переменных, как показано на рис. 2.17. Тогда синтез КУ сводится, по сути дела, к синтезу схемы формирования информационных сигналов, которую можно рассматривать как внутреннее более простое КУ.

          Рассмотрим пример синтеза КУ для реализации функции пяти переменных на мультиплексоре с двумя управляющими входами. Тогда “младшие” переменные Х₁ и Х₂ подаются на управляющие входы Х1и Х2, соответственно. Выходную функцию Y будет определять карта Карно управления информационными входами (рис. 2.18). Каждый информационный сигнал, в свою очередь, является функцией трех переменных: Х₃, Х₄, Х₅. Для каждого информационного сигнала можно составить карту Карно и с её помощью минимизировать логическое выражение функций D₀, D₁, D₂ и D₃. По минимизированным логическим выражениям строится схема формирования информационных сигналов (настройки) в любом известном базисе.

 

         На мультиплексорах с двумя управляющими входами легко можно синтезировать КУ при числе переменных N £ 6. На мультиплексорах с тремя и четырьмя управляющими входами можно синтезировать функции и большего количества переменных. Карты управления информационными входами для этих случаев показаны на рис. 2.18.

         При синтезе КУ на мультиплексорах можно использовать следующий алгоритм действий:

         -составить таблицу истинности КУ;

         -подать на управляющие входы мультиплексора младшие переменные;

         -представить информационные сигналы функциями остальных переменных и составить карту Карно для каждого информационного сигнала;

         — минимизировать логические выражения для сигнала на каждом информационном входе;

—         по логическим выражениям составить схему формирования сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора.

 

 

Как работает мультиплексор. » Хабстаб

Мультиплексор представляет собой переключатель, который соединяет множество входов с одним выходом, согласно заданному цифровому коду. На самом деле мультиплексоры бывают двух видов: аналоговые и цифровые, аналоговые строятся на полевых транзисторах и пропускают сигнал в обе стороны, цифровые же с выбранного входа дублируют сигнал на выход. Дальше речь будет идти об аналоговом мультиплексоре.

Выбор канала, как писалось выше, осуществляется согласно заданному цифровому коду, как показано на картинке ниже.

Давайте представим себе следующую ситуацию, у нас есть АЦП и несколько аналоговых датчиков, информацию с которых оно должно обрабатывать. Так как АЦП только одно, а датчиков много, обслуживать их, он может только по очереди, а поможет ему в этом мультиплексор.

Используя обычный делитель напряжения и мультиплексор можно ослабить сигнал в нужное количество раз.

А добавив мультиплексор и несколько резисторов в обратную связь усилителя, построенного на ОУ можно усилить сигнал в нужное количество раз.

На картинках выше, мультиплексор изображался схематично для лучшего восприятия, на схема же он изображается так.


Теперь, когда мы знаем где применяется мультиплексор, давайте рассмотрим чем он отличается от переключателя.

Первое, современные мультиплексоры строятся по КМОП технологии и как следствие открытый канал имеет некоторое сопротивление, величина этого сопротивления может быть меньше 1 Ома и зависит от величины питающего напряжения. Сопротивление канала можно узнать из даташита, обозначается оно Ron.

Второе, напряжение, которое может коммутировать мультиплексор, а также напряжение на управляющих входах не должно превышать напряжение питания. Максимальный ток коммутации современных мультиплексоров может достигать 400mA. Опять же максимальный ток можно узнать из даташита, в разных даташитах оно обозначается по разному.

Третье, так как мультиплексор построен по КМОП технологии в его структуре присутствуют ёмкости, которые ухудшают его характеристики. Эквивалентная схема двухканального мультиплексора выглядит следующим образом.

• На картинке видно, что между каналами есть некоторая ёмкость Css и Cdd, по которой сигнал с одного канала может проникать в другой.
  
• Наличие ёмкости Cds, приводит к тому, что на высоких частотах сигнал проходит через разомкнутый ключ.
  
• Сопротивление Ron вместе с ёмкостью Сd, образуют фильтр нижних частот, который ограничивает полосу пропускания.
  

Также на эквивалентной схеме изображены источники тока, которые отражают ток утечки, который в свою очередь, может является источником ошибки.

Пятое, переключение не происходит мгновенно, для того чтобы ключ открылся/закрылся необходимо некоторое время, которое определяется временем перезаряда ёмкости затвор-канал.

В статье описана лишь малая, но доступная понимаю многих часть, особенностей работы мультиплексора, оставлю тут документ, который нашёл при подготовки статьи, в нём это всё описано гораздо подробнее, а также даются рекомендации по включению мультиплексора.multiplexer.pdf [368,64 Kb] (cкачиваний: 453)