Мультиплексоры и демультиплексоры относятся к классу комбинационных устройств, которые предназначены для коммутации потоков данных в линиях связи по заданным адресам. Большая часть данных в цифровых системах передается непосредственно по проводам и проводникам печатных плат. Часто возникает необходимость в передаче информационных двоичных сигналов (или аналоговых в аналого-цифровых системах) от источника сигналов к потребителям. В некоторых случаях нужно передавать данные на большие расстояния по телефонным линиям, коаксиальным и оптическим кабелям. Если бы все данные передавались одновременно по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика и они были бы слишком дороги. Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируются в параллельные данные на приемном конце этой единственной линии связи. Устройства, используемые для подключения одного из источников данных с заданным номером (адресом) к линии связи, называются мультиплексорами. Устройства, используемые для подключения линии связи к одному из приемников информации с указанным адресом, называются демультиплексорами. Параллельные данные одного из цифровых устройств с помощью мультиплексора могут быть преобразованы в последовательные информационные сигналы, которые передаются по одному проводу. На выходах демультиплексора эти последовательные входные сигналы могут быть снова сгруппированы в параллельные данные.

Мультиплексоры и демультиплексоры относятся к классу комбинационных устройств, которые предназначены для коммутации потоков данных в линиях связи по заданным адресам. Большая часть данных в цифровых системах передается непосредственно по проводам и проводникам печатных плат. Часто возникает необходимость в передаче информационных двоичных сигналов (или аналоговых в аналого-цифровых системах) от источника сигналов к потребителям. В некоторых случаях нужно передавать данные на большие расстояния по телефонным линиям, коаксиальным и оптическим кабелям. Если бы все данные передавались одновременно по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика и они были бы слишком дороги. Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируются в параллельные данные на приемном конце этой единственной линии связи. Устройства, используемые для подключения одного из источников данных с заданным номером (адресом) к линии связи, называются мультиплексорами. Устройства, используемые для подключения линии связи к одному из приемников информации с указанным адресом, называются демультиплексорами. Параллельные данные одного из цифровых устройств с помощью мультиплексора могут быть преобразованы в последовательные информационные сигналы, которые передаются по одному проводу. На выходах демультиплексора эти последовательные входные сигналы могут быт ь снова сгруппированы в параллельные данные.

Мультиплексоры

Мультиплексор служит для объединения в единый транспортный поток цифровых потоков от различных источников – кодеров сжатия, выходов других мультиплексоров, выходов приемников – декодеров и т.д. Приходящие сигналы могут иметь разную временнýю базу (то есть формироваться с несколько различающимися тактовыми частотами), и задача мультиплексора – сформировать асинхронный поток с сохранением синхронизирующей информации каждого из компонентов.

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти – информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается с другой, более высокой частотой. Если представить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов не перекрываются во времени, это и будет мультиплексор.

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость транспортного потока, которая у большинства моделей составляет55…60 Мбит/с. Существуют и образцы со скоростью до 100 Мбит/с. Разумеется, устанавливаемая на выходе скорость потока должна быть по крайней мере не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного потока компенсируется введением нулевых пакетов на выходе мультиплексора.

Демультиплексором называется функциональный узел компьютера, предназначенный для коммутации (переключения) сигнала единственного информационного входа D на один из n информационных выходов. Номер выхода, на который в каждый такт машинного времени подается значение входного сигнала, определяется адресным кодом A0,A1…,Am-1. Адресные входы m и информационные выходы n связаны соотношением n2m. В качестве демультиплексора может быть использован дешифратор DC. При этом информационный сигнал подается на вход разрешения Е (от англ. enable – разрешение). Стробируемый демультиплексор с информационным входом D, адресными входами А1, А0 и стробирующим входом С показан на рисунке 2.1. Демультиплексор выполняет функцию, обратную функции мультиплексора. Применительно к мультиплексорам и демультиплексорам пользуются так же термином «селекторы» данных.

Демультиплексоры используют для коммутации отдельных линий и многоразрядных шин, преобразования последовательного кода в параллельный. Как и мультиплексор, демультиплексор включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логи­ческими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них (рис.1.1)

Мультиплексор представляет собой комбинированное цифровое устройство , обеспечивающее поочередную передачу на один выход нескольких входных сигналов. Он позволяет передавать (коммутировать) сигнал с желаемого входа на выход, в этом случае выбор требующегося входа реализуется определенной комбинацией управляющих сигналов. Число мультиплексных входов принято называть количеством каналов, их может быть от 2 до 16, а число выходов называют разрядами мультиплексора, обычно это 1 — 4.

Мультиплексоры по способу передачи сигналы различают на:

— аналоговые;

— цифровые.

Так, аналоговые устройства при помощи непосредственного электрического соединения подключают вход к выходу, в таком случае его сопротивление составляет порядка нескольких единиц – десятков Ом. Их поэтому называют коммутаторами или ключами. Цифровые (дискретные) же устройства не имеют прямой электрической связи входа и выхода, они только копируют на выход сигнал – «0» или «1».

Принцип действия мультиплексора

В общем виде принцип действия мультиплексора можно объяснить на примере коммутатора, обеспечивающего соединение входов с выходом устройства. Работа коммутатора обеспечивается на основе управляющей схемы, в которой существуют адресные и разрешающие входы. Сигналы с адресных входов указывают, какой именно информационный канал соединен с выходом. Разрешающие входы применяют для увеличения возможностей – увеличения разрядности, синхронизации с протеканием работы прочих механизмов и пр. Для создания управляющей схемы мультиплексора обычно используют дешифратор адреса.

Сфера применения мультиплексора

Мультиплексоры предназначены для использования в качестве универсального логического элемента при реализации любых функций, число которых равных количеству адресных входов. Их широко используют с целью коммутации отдельных шин, отходящих линий или их групп . В микропроцессорных системах их устанавливают на удаленные объекты для реализации возможности передачи информации по одной линии от нескольких, размещенных на удаленном расстоянии друг от друга датчиков. Также мультиплексоры в схемотехнике используют в делителях частоты, при создании схем сравнения, счетчиков, генераторов кодов и пр., для трансформации параллельного двоичного кода в последовательный.

Число каналов мультиплексоров, выпускаемых отечественной промышленностью сегодня, обычно насчитывает 4, 6, 10 и 16. Для построения схем, имеющих большее число входов, используют так называемую схему каскадного дерева, которая позволяет создавать устройства с произвольным числом входных линий на основе серийно выпускаемых мультиплексоров.

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:

Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах

Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.

Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ элементах

Попробуем заставить работать в качестве электронного ключа уже знакомые нам . Рассмотрим таблицу истинности логического элемента "И". При этом один из входов логического элемента "И" будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход — как управляющий. Так как оба входа логического элемента "И" эквивалентны, то не важно какой из них будет управляющим входом.

Пусть вход X будет управляющим, а Y — информационным. Для простоты рассуждений, разделим таблицу истинности на две части в зависимости от уровня логического сигнала на управляющем входе X.

По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход X подан нулевой логический уровень, сигнал, поданный на вход Y, на выход Out не проходит. При подаче на управляющий вход X логической единицы, сигнал, поступающий на вход Y, появляется на выходе Out.

Это означает, что логический элемент "И" можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно какой из входов элемента "И" будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой — в качестве информационного. Остается только объединить выходы логических элементов "И" в один выход. Это делается при помощи логического элемента "ИЛИ" точно так же как и при . Получившийся вариант коммутатора с управлением логическими уровнями приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема цифрового мультиплексора, выполненая на логических элементах

В схемах, приведенных на рисунках 1 и 2, можно одновременно включать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления таким коммутатором требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора обычно включают двоичный , как показано на рисунке 3. Этот дешифратор получен нами ранее при помощи . Это позволяет управлять переключением информационных входов при помощи двоичных кодов, подаваемых на управляющие входы. Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.

Рисунок 3. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом

Условно-графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора с двоичным управлением приведено на рисунке 4. Входы A0 и A1 являются управляющими входами рассматриваемой микросхемы, определяющими адрес входного сигнала, который будет соединён с выходом Y. Сами входные сигналы обозначены как X0, X1, X2 и X3.

Рисунок 4. Условно графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора

В условно-графическом обозначении названия информационных входов A, B, C и D заменены названиями X0, X1, X2 и X3, а название выхода Out заменено на название Y. Такое название входов и выходов более распространено в отечественной литературе. Адресные входы обозначены как A0 и A1.

Особенности построения мультиплексоров на КМОП элементах

При работе с электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент "И" в качестве электронного ключа не используется. Схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП транзисторах, приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электронного ключа, выполненного на КМОП транзисторах

Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет десятки Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП транзисторе, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в точном соответствии со схемой, приведённой на рисунке 1. Это явно упрощает схему устройства.

Кроме того КМОП мультиплексор может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. При этом только следует не забывать, что схема не выдерживает отрицательных напряжений. Это означает, что для аналоговых сигналов необходимо использовать схему смещения, так чтобы значения аналогового сигнала находились в диапазоне от потенциала общего провода схемы до напряжения питания мультиплексора.

В то же самое время, при работе с мультиплексором, собранным на КМОП ключах, приходится ставить на его входе и выходе логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно. Следует отметить, что в большинстве случаев это условие выполняется автоматически.

Теперь вспомним, что в мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно также как и в для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Схема мультиплексора на КМОП элементах

Условно-графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, то есть КМОП мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рисунке 4.

В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырёхканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырёхканальным мультиплексором, выполненным по КМОП технологии.

Литература:

Вместе со статьей "Мультиплексоры" читают:

Законы алгебры логики позволяют преобразовывать логические функции. Логические функции преобразуются с целью их упрощения, а это ведет к упрощению цифровой схемы...
http://сайт/digital/AlgLog.php

Любая логическая схема без памяти полностью описывается таблицей истинности... Для реализации таблицы истинности достаточно рассмотреть только те строки...
http://сайт/digital/SintSxem.php

Декодеры (дешифраторы) позволяют преобразовывать одни виды бинарных кодов в другие. Например...
http://сайт/digital/DC.php

Достаточно часто перед разработчиками цифровой аппаратуры встаёт обратная задача. Требуется преобразовать восьмиричный или десятичный линейный код в...
http://сайт/digital/Coder.php

Демультиплексорами называются устройства... Существенным отличием от мультиплексора является...
http://сайт/digital/DMS.php

Мультиплексоры – это специальные сетевые устройства, которые предназначаются для передачи различных потоков информации с большой скоростью. При передаче используется единичная линия связи. Передаваемый поток информации должен обладать маленькой скоростью.

Использование мультиплексоров – актуальная, быстрая и экономная мера. Их применение позволяет отказаться от создания нового канала связи, передающего информацию, независимо проводного или беспроводного.

Особенные черты мультиплексоров

Некоторые моменты влияют на строение мультиплексоров:

1. Количество компонентов, которые являются доступными.
2. Какая технология была применена при создании мультиплексора.
3. Конфигурация мультиплексора. Этот фактор зависит от того, какие задачи будут ставиться перед мультиплексором.

Большой популярностью пользуются модульные мультиплексоры. Это современные конструкции приборов, имеющие некоторое количество сменных модулей. При помощи таких сменных модулей обеспечена возможность, которая позволит изменить конфигурацию мультиплексора, в соответствии с требованиями пользователя и условиями использования.

Работа мультиплексора во многом схожа с работой коммутаторов, обеспечивающих возможность подключения нескольких входов и выхода. Такое сетевое оборудование приводится в действие с помощью двух типов входа. По одному разрешающему и управляющему входу.

На видео: Принцип работы мультиплексора.

Виды мультиплексоров

Мультиплексор – это сетевой специальный прибор. У него несколько простых и управляющих входов и один выход. Наличие определенного числа таких входов определяется имеющимися требованиями пользователя. Обычно количество входов ограничивается максимальным количеством – 16. Сколько будет входов у мультиплексора, столько можно будет каналов для связи. Для обеспечения большего числа входов используют технологию каскадного дерева. Этим обеспечивается создание необходимого пользователю количества сетевых каналов связи на одном сетевом устройстве.

Мультиплексоры могут быть следующих типов:

Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.

Где применяются мультиплексоры

Мультиплексоры используются во многих областях жизни и работы человека. Очень часто мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях. Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.

Информация передается с использованием единичной линии. Коммуникационные сети достаточно часто используют мультиплексоры. Они помогают уменьшить стоимость связи. Именно поэтому операторы связи его часто используют. Результат работы мультиплексора будет более заметным, при условии дальнего расстояния между АТС.

Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных. Все это происходит в настоящем времени и сигнал передается на достаточно большое расстояние. При организации видеоконференцсвязи учитывается ее вид. От этого вида зависит использование различных специальных сетевых устройств. Могут использоваться специальные групповые или индивидуальные терминалы для проведения видеоконференции.

Индивидуальный терминал применяется при использовании специального режима видеосвязи в реальном времени на своем рабочем месте. Как индивидуальный терминал может использоваться ноутбук, персональный компьютер, смартфон, планшет или специальный терминал, обеспечивающий видеосвязь. Групповой терминал применяется для проведения групповой видеосвязи. Для этого используются комнаты, в которых расположено специальные сетевые приборы. Такие системы имеют только 1 общий выход и некоторое количество входов, которое необходимо для создания видеосвязи. Это могут обеспечить данные сетевые устройства –мультиплексоры.
Для создания новых локальных сетей или расширения возможностей у уже имеющихся всегда используются мульт

ВВЕДЕНИЕ

мультиплексор селектор переключатель

Схемотехника - это наука, изучающая функционирование электронных устройств, способы их расчета, проектирования и производства. Как учебная дисциплина для специализации имеет цель ознакомить студентов с принципами действия электронных устройств и дать навыки по их проектированию.

В состав бытовой аппаратуры, автоматики, ЭВМ, связи и т.д. входят электронные устройства, называемые схемами. По разнообразию типов они сравнимы с механическими устройствами, имеющими многовековую историю.

Микроэлектроника является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки и техники. Непрерывно улучшаются технические характеристики и расширяются функциональные возможности микроэлектронных изделий -- интегральных микросхем.

Основной функцией интегральных микросхем является обработка информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. Микросхемы, выполняющие обработку этой информации, называются аналоговыми или цифровыми соответственно.

Современные интегральные микросхемы являются сложными электронными устройствами, поэтому используются различные уровни их схемотехнического представления. Наиболее детальный уровень представления -- электрическая схема в виде соединения отдельных компонентов. Следующий, более общий уровень -- структурная схема, представляющая собой соединение отдельных логических элементов и триггеров или аналоговых каскадов. Эти элементы и каскады выполняют элементарные логические (И--НЕ, ИЛИ-- НЕ и др.) или аналоговые (усиление, фильтрация и др.) операции, с помощью которых можно реализовать любую цифровую, аналого-цифровую или аналоговую функцию. Они имеют относительно простую электрическую схему, которая обычно содержит не более десяти -- двадцати компонентов. Еще более высокий уровень используется для представления сложнофункциональных БИС и СБИС: микропроцессоров, микро-ЭВМ, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и др. Их структура представляется в виде соединения функциональных узлов и блоков. Такое представление называется функциональной схемой. Структура входящих в ее состав функциональных узлов и блоков может состоять из десятков и сотен простейших логических элементов или аналоговых каскадов .

Мультиплексоры. Классификация и виды

Мультиплексор - это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему 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 двоичному коду. Мультиплексор - это устройство, преобразующее параллельный код в последовательный.

Рисунок 1 - Структура мультиплексора

Самая большая часть есть не что иное, как элемент И-ИЛИ. Конкретно здесь элемент 4-х входовый. Ну а квадратах с единичками внутри - инверторы. Разберем выводы. Те, что слева, а именно D0-D3, называются информационными входами. Входы А0-А1, называются адресными входами. Вот сюда именно и подается двоичный код, от которого зависит, какой из входов D0-D3 будет подключен к выходу, на этой схеме обозначенному как Y.

Вход С - разрешение работы. На схеме еще есть входы адреса с инверсией. На этом рисунке показан четырех входовой, или как еще его называют, 4Х1 мультиплексор. Потому и адресных входов всего 2. Как нам известно, максимальное число переменных определяется как 2n, где n - разряд кода. Здесь мы видим, что переменных четыре штуки, а значит разряд будет равен 2 (22 = 4). Для пояснения принципа работы этой схемы посмотрим на таблицу истинности:

Вот так двоичный код выбирает нужный вход. В зависимости от двоичного кода к устройству отображения подключается сигнал от нужного объекта.

Микросхемой мультиплексор обозначается вот так:

Рисунок 2 - Мультиплексор

Мультиплексоры делятся на множество видов. Есть и сдвоенные четырех входовые, восьми входовые, 16-ти входовые, счетверенные двухвходовые и пр.

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти - информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается с другой, более высокой. Если представить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов не перекрываются во времени, это и будет мультиплексор. В некоторых конструкциях цепочку замыкают в кольцо. Приходящие потоки демультиплексируются до уровня пакетированного элементарного потока (ПЭП) и затем заново "сшиваются" в единый ТП с общей тактовой частотой, синхронизированной с местным источником частоты 27 МГц. Поскольку время прихода пакетов на разные входы не синхронизировано, время пробега их внутри мультиплексора также различается, что может вызвать дрожание меток PCR. Для устранения этого явления для всех ремультиплексируемых сервисов производится коррекция PCR на основе специальных временных меток, вставляемых в пакет на входе мультиплексора.

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость ТП, которая у большинства моделей составляет 80-100 Мбит/с. Разумеется, выставляемая на выходе скорость ТП должна быть не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного потока компенсируется введением нулевых пакетов на выходе мультиплексора. Чаше всего на выходе используется интерфейс DVB-ASI.

Ремультиплексоры представляют собой разновидность мультиплексоров, работающих не с отдельными сервисами, а с мультиплексированными ТП. Ремультиплексор выделяет из приходящих ТП нужные сервисы и комбинирует их в новые ТП, изменяя при этом соответствующим образом таблицы служебной информации. Ремультиплексоры еще называют процессорами транспортного потока (Transport Stream Procesor).

Рисунок 3 - Обобщенная схема мультиплексора