1. Co to jest multiplekser ?

Multiplekser należy do klasy układów kombinacyjnych. Należy do grupy układów scalonych o średniej skali integracji (MSI - medium scale of integration).

Multiplekser jest układem komutacyjnym (przełączającym), posiadającym k wejść informacyjnych (zwanych też wejściami danych), n wejść adresowych (sterujących) (zazwyczaj k=2ⁿ) i jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące działaniem układu oznaczane S (ang. strobe) lub e (ang. enable).Jego działanie polega na połączeniu jednego z wejść xi z wyjściem y. Numer wejścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe A.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S podane zostanie logiczne zero, to wyjście y przyjmuje określony stan logiczny (zazwyczaj zero), niezależny od stanu wejść X i A.

Trochę inna definicja: Multiplekser - jest układem posiadającym: wejścia danych, wejście adresowe oraz wyjście. Za pomocą wejścia adresowego można dokonać wyboru, które z wejść ma zostać przekazane na wyjście, najczęściej używanym formatem adresu jest naturalny kod binarny lub „1 z N”. Multipleksery mają często dodatkowe wejście sterujące, zwane wejściem strobującym lub zezwalającym. Jeśli wejście to jest w stanie niskim, to multiplekser działa tak jak określono powyżej, natomiast gdy jest w stanie wysokim, to niezależnie od wejść stan wyjścia jest stały i równy „0”.

2. Co to jest demultiplekser ?

Demultiplekser należy do klasy układów kombinacyjnych.

Demultiplekser jest układem posiadającym jedno wejście x, n wejść adresowych, oraz k wyjść (zazwyczaj k=2ⁿ).

Jego działanie polega na połączeniu wejścia x do jednego z wyjść y_i. Numer wyjścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe a₀... a_n-1. Na pozostałych wyjściach panuje stan zera logicznego. W praktyce spotykane są jedynie demultipleksery w wyjściach zanegowanych, czyli na wybranym wyjściu jest stan
a na wszystkich pozostałych 1 logiczna.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjścia y_i przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny ani od stanu wejścia x, ani wejść adresowych.

3. Podział multiplekserów.

Najprostszym przykładem multipleksera jest multiplekser 2:1. W zależności od stanu na wejściu adresowym S, przekazuje on na wyjście stan z wejścia D0 lub D1.

Jego działanie można opisać funkcją:

lub zapisując inaczej:

Poniżej przedstawiono układ złożony z bramek trójstanowych, spełniający identyczną funkcję.

Połączenie wyjść bramek trójstanowych, jest możliwe ponieważ, nigdy nie są one jednocześnie w wstanie aktywnym (zawsze jedna z nich jest w stanie wysokiej impedancji). Pozwala to na uproszczenie całego układu.

Identycznie działający układ można utworzyć używając bramek NAND z wyjściami typu open colector. Układ ten umożliwia utworzenie tzw. sumy montażowej.

Potencjał wyjścia przyjmuje stan wysoki tylko wówczas, gdy wyjścia wszystkich bramek są w stanie wysokim, co w logice dodatniej odpowiada funkcji AND. Korzystając z prawa de Morgana można postać ilorazową przekształcić w sumę.

jeżeli zanegujemy to wyrażenie to otrzymamy funkcję logiczną:

czyli identyczną jak dla poprzednich dwóch układów.

Multiplekser 4:1

Zbudowany multiplekser ma 4 wejścia i 2 wyjścia (wyjście Y oraz jego negacja). Zapiszmy tabele możliwych stanów.

wejścia		Wyjścia
Adresowe	Strob. S 1 0 0 0 0	Y 0 X0 X1 X2 X3
BA XX 00 01 10 11

D0\AB	00	01	11	10
0	0	0	0	0
1	1	0	0	0

Analogicznie rozpatrując wszystkie wyjścia otrzymujemy :

;
;

Uwzględniając także wejście strobujące S otrzymujemy

;
;

Wyjście W jest sumą logiczna stanów Y_n.

A zatem funkcja uzyskuje postać:

Poniższy układ wykonuje tą funkcję na bramkach trójstanowych.

Takie uproszczenie układu umożliwia budowa bramek trójstanowych. Sterowanie powoduje, że w danym momencie tylko jedna bramka jest aktywna, a pozostałe pozostają w stanie wysokiej impedancji. Pozwoliło to na połączenie ich wyjść.

Układ przyjmuje jeszcze inną formę gdy użyjemy bramek typu open colector.

Demultiplekser 1:n

Demultiplekser przekazuje daną wejściową C na tylko jedno z wyjść, które jest określone przez wejście adresowe. Często jest wyposażony w wejście strobujące.

Działanie najprostszego demultipleksera 1:2 można przedstawić za pomocą funkcji:

Tabela stanów demultipleksera 1:4

B	A	S	C	Y0 Y1 Y2 Y3
X	X	1	X	1 1 1 1
0	0	0	1	0 1 1 1
0	1	0	1	1 0 1 1
1	0	0	1	1 1 0 1
1	1	0	1	1 1 1 0
X	X	X	0	1 1 1 1

Zapiszmy tablice Karnaugha dla Y₀;

^AB ^SC	^00	^01	^11	^10
^00	^1	^1	^1	^1
^01	^0	^1	^1	^1
^11	^1	^1	^1	^1
^10	^1	^1	^1	^1

Skąd otrzymujemy:
;

Rozpatrując analogicznie z kolejnymi wyjściami A _n konstruujemy układ:

4. Parametry multiplekserów:

zakres przenoszonych napięć (dół - szumy; góra - do 10V)

tolerancja dla wspólnych napięć (normalna praca przy równoczesnym podaniu na sąsiednie wejścia wysokich napięć)

- podstawowa szybkość próbkowania (liczba punktów pomiarowych próbkowanych w ciągu 1s)

- dopuszczalna częstotliwość próbkowania

Opis powyższych (jak ktoś się nudzi :P)

• zakres przenoszonych napięć - najmniejsza wartość przenoszonego napięcia wynika z poziomu szumów. Multiplekser nie będzie w stanie przenosić sygnału napięciowego o wartościach mniejszych od wartości sygnału szumu. Natomiast maksymalna wartość przenoszonego sygnału zwykle wynosi 10V. Niektóre rozwiązania multiplekserów pozwalały na pracę do 24V.

• tolerancja dla wspólnych napięć - czasie pracy układu na wejście multipleksera dołączone są wejścia poszczególnych torów pomiarowych, zatem na wejściach multipleksera przyłożone są określone wartości napięć. Może się zdarzyć, że na dwa sąsiadujące ze sobą wejścia podane są wysokie poziomy napięć. Parametr ten określa wartość napięcia jakie można podać na jedno wejście bez obawy zaburzenia pomiaru na wejściu sąsiednim.

• podstawowa szybkość próbkowania - zadaniem multipleksera jest przełączanie poszczególnych torów pomiarowych na wyjście w celu dalszego przetworzenia sygnału analogowego na sygnał cyfrowy. Przetwornik a/c wymaga określonego czasu na przetworzenie sygnału, a ważne jest aby ten czas nie był ograniczany przez czas przełączania multipleksera. Multiplekser daje gwarancję ciągłej poprawnej pracy przy zachowaniu podstawowej szybkości próbkowania.

• dopuszczalna częstotliwość próbkowania - niezależnie od podstawowej szybkości próbkowania określa się również większą szybkość próbkowanie, przy której mamy pewność poprawnej pracy

5. Typowymi zastosowaniami multiplekserów są ich zastosowania w multipleksowych systemach transmisji danych. W systemach takich multiplekser spełnia funkcje konwertera informacji wejściowej podawanej równolegle do jego wejścia na informacje wyprowadzana szeregowo.

Przykład:

6. Zastosowanie multiplekserów i demultiplekserów

Najważniejsze zastosowanie multiplekserów i demultiplekserów jest związane z realizacjami bloków komutacyjnych, czyli elementów umożliwiających proste przełączanie sygnałów, najczęściej wielokrotnych (grupowych). Na rysunku pokazano multiplekser (nazywany multiplekserem grupowym), w którym dwa 4-bitowe sygnały
i
mogą być dołączane do szyny
w zależności od stanu wejścia adresowego
.

---