Mạch dồn kênh là gì ? Giải thích chi tiết
Mạch dồn kênh là gì ?
Multiplexer là một mạch logic kết hợp hay gọi là dông kênh được thiết kế để chuyển đổi một trong nhiều đường vào sang một đường ra chung
Multiplexing là thuật ngữ chung được sử dụng để mô tả hoạt động gửi một hoặc nhiều tín hiệu analog hoặc số qua một đường truyền chung tại các thời gian hoặc tốc độ khác nhau và do đó, thiết bị chúng ta sử dụng để làm điều đó được gọi là multiplexer.
Multiplexer, được viết tắt là “MUX” hoặc “MPX”, là một mạch logic kết hợp được thiết kế để chuyển đổi một trong nhiều đường vào thông qua một đường ra chung duy nhất bằng cách áp dụng một tín hiệu điều khiển. Các multiplexer hoạt động giống như các công tắc quay đa vị trí hoạt động rất nhanh, kết nối hoặc điều khiển nhiều đường vào được gọi là “kênh” một lần qua đầu ra.
Các multiplexer, hoặc MUX, có thể là các mạch số được làm từ cổng logic tốc độ cao được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu số hoặc nhị phân hoặc chúng có thể là loại analog sử dụng transistor, MOSFET hoặc rơ le để chuyển đổi một trong các đầu vào điện áp hoặc dòng điện qua một đầu ra duy nhất.
Loại thiết bị multiplexer cơ bản nhất là công tắc quay một chiều như hình minh họa.
Bộ dồn kênh cơ bản
Công tắc quay, còn được gọi là công tắc wafer vì mỗi lớp của công tắc được gọi là wafer, là một thiết bị cơ khí mà đầu vào của nó được chọn bằng cách xoay trục. Nói cách khác, công tắc quay là một công tắc thủ công mà bạn có thể sử dụng để chọn các đường dữ liệu hoặc tín hiệu riêng lẻ chỉ bằng cách bật hoặc tắt các đầu vào của nó. Vậy làm thế nào chúng ta có thể chọn mỗi đầu vào dữ liệu tự động bằng một thiết bị số?
Trong điện tử số, các multiplexer cũng được gọi là bộ chọn dữ liệu vì chúng có thể “chọn” mỗi đường vào, được xây dựng từ các công tắc Analog riêng lẻ được đóng gói trong một gói IC duy nhất thay vì các bộ chọn “cơ khí” như các công tắc và rơ le thông thường.
Chúng được sử dụng là một phương pháp để giảm số lượng cổng logic cần thiết trong thiết kế mạch hoặc khi một đường dữ liệu duy nhất hoặc bus dữ liệu cần mang hai hoặc nhiều tín hiệu số khác nhau. Ví dụ, một multiplexer 8 kênh đơn.
Thông thường, việc chọn mỗi đường vào trong một multiplexer được điều khiển bởi một tập hợp đầu vào bổ sung được gọi là đường điều khiển và theo điều kiện nhị phân của các đầu vào điều khiển này, hoặc “CAO” hoặc “THẤP”, đầu vào dữ liệu thích hợp được kết nối trực tiếp với đầu ra. Thông thường, một multiplexer có một số chẵn 2n đường vào dữ liệu và một số “đầu vào điều khiển” tương ứng với số lượng đầu vào dữ liệu.
Lưu ý rằng các multiplexer khác với các Bộ mã hóa. Các bộ mã hóa có thể chuyển đổi một mẫu đầu vào n-bit sang nhiều đường ra đại diện cho đầu ra mã hóa nhị phân (BCD) tương đương của đầu vào đang hoạt động.
Chúng ta có thể xây dựng một multiplexer đơn giản 2 đường vào sang 1 đường ra (2 sang 1) từ các cổng logic NAND cơ bản như hình minh họa.
Thiết kế Multiplexer 2 đầu vào
Đầu vào A của mạch multiplexer 2-1 đơn giản này được xây dựng từ các cổng NAND tiêu chuẩn hoạt động để điều khiển đầu vào nào (I0 hoặc I1) được truyền đến đầu ra tại Q.
Từ bảng chân lý trên, chúng ta có thể thấy rằng khi đầu vào chọn dữ liệu, A ở mức THẤP tại logic 0, đầu vào I1 truyền dữ liệu của nó qua mạch multiplexer cổng NAND đến đầu ra, trong khi đầu vào I0 bị chặn. Khi đầu vào chọn dữ liệu A ở mức CAO tại logic 1, điều ngược lại xảy ra và bây giờ đầu vào I0 truyền dữ liệu đến đầu ra Q trong khi đầu vào I1 bị chặn.
Vì vậy, bằng cách áp dụng logic “0” hoặc logic “1” tại A, chúng ta có thể chọn đầu vào thích hợp, I0 hoặc I1 với mạch hoạt động giống như một công tắc đơn cực đôi đứng (SPDT).
Vì chúng ta chỉ có một đường điều khiển, (A) thì chúng ta chỉ có thể chuyển đổi 21 đầu vào và trong ví dụ đơn giản này, multiplexer 2 đầu vào kết nối một trong hai nguồn 1-bit với một đầu ra chung, tạo ra một multiplexer 2 sang 1. Chúng ta có thể xác nhận điều này trong biểu thức Boolean sau.
Q = A.I0.I1 + A.I0.I1 + A.I0.I1 + A.I0.I1
và cho mạch multiplexer 2 đầu vào của chúng ta ở trên, điều này có thể được đơn giản hóa thành:
Q = A.I1 + A.I0
Chúng ta có thể tăng số lượng đầu vào dữ liệu cần chọn thêm chỉ bằng cách làm theo quy trình tương tự và các mạch multiplexer lớn hơn có thể được triển khai bằng cách sử dụng các multiplexer 2 sang 1 nhỏ hơn làm khối xây dựng cơ bản của chúng. Vì vậy, đối với một multiplexer 4 đầu vào, chúng ta sẽ cần hai đường chọn dữ liệu vì 4 đầu vào đại diện cho 22 đường điều khiển dữ liệu cho một mạch với bốn đầu vào, I0, I1, I2, I3 và hai đường chọn dữ liệu A và B như minh họa.
Multiplexer 4 sang 1 kênh
Biểu thức Boolean cho Multiplexer 4 sang 1 này ở trên với các đầu vào A đến D và các đường chọn dữ liệu a, b được cho bằng:
Q = abA + abB + abC + abD
Trong ví dụ này, tại bất kỳ thời điểm nào chỉ có MỘT trong bốn công tắc analog được đóng, kết nối chỉ một trong các đường vào A đến D với đầu ra duy nhất tại Q. Công tắc nào được đóng phụ thuộc vào mã địa chỉ đầu vào trên các đường “a” và “b”.
Vì vậy, đối với ví dụ này để chọn đầu vào B đến đầu ra tại Q, địa chỉ đầu vào nhị phân sẽ cần phải là “a” = logic “1” và “b” = logic “0”. Do đó, chúng ta có thể hiển thị việc chọn dữ liệu qua multiplexer như là một hàm của các bit chọn dữ liệu như minh họa.
Dãy dồn kênh
Thêm nhiều đường địa chỉ điều khiển, (n) sẽ cho phép multiplexer điều khiển nhiều đầu vào hơn vì nó có thể chuyển đổi 2n đầu vào nhưng mỗi cấu hình đường điều khiển sẽ kết nối CHỈ MỘT đầu vào với đầu ra.
Sau đó, việc triển khai biểu thức Boolean ở trên bằng cách sử dụng các cổng logic riêng lẻ sẽ yêu cầu sử dụng bảy cổng logic riêng lẻ bao gồm các cổng AND, OR và NOT như minh họa.
Multiplexer 4 kênh sử dụng cổng Logic
Ký hiệu được sử dụng trong sơ đồ logic để xác định một multiplexer là như sau:
Ký hiệu Multiplexer
Các multiplexer không giới hạn ở việc chỉ chuyển đổi một số đường vào hoặc kênh khác nhau sang một đầu ra chung duy nhất. Cũng có các loại có thể chuyển đổi đầu vào của chúng sang nhiều đầu ra và có các cấu hình hoặc 4 sang 2, 8 sang 3 hoặc thậm chí 16 sang 4 v.v. và một
Ví dụ về một multiplexer kênh đôi 4 đầu vào đơn giản (4 sang 2) được đưa ra dưới đây:
Multiplexer 4 sang 2 kênh
Ở đây, trong ví dụ này, 4 kênh đầu vào được chuyển đổi sang 2 đường ra riêng biệt nhưng các cấu hình lớn hơn cũng có thể xảy ra. Cấu hình 4 sang 2 đơn giản này có thể được sử dụng, ví dụ, để chuyển đổi tín hiệu âm thanh cho các bộ khuếch đại trước hoặc bộ trộn.
Ngoài việc gửi dữ liệu song song dưới dạng chuỗi qua một đường truyền hoặc kết nối duy nhất, một khả năng sử dụng khác của các multiplexer đa kênh là trong các ứng dụng âm thanh số như bộ trộn hoặc nơi độ lợi của một bộ khuếch đại analog có thể được điều khiển kỹ thuật số, ví dụ.
Độ lợi khuếch đại có thể điều chỉnh kỹ thuật số
Ở đây, độ lợi điện áp của bộ khuếch đại tích phân nghịch lệ phụ thuộc vào tỷ lệ giữa điện trở đầu vào, RIN và điện trở phản hồi, Rƒ như được xác định trong các hướng dẫn về Op-amp.
Một công tắc SPST 4 kênh đơn (Bốn) được cấu hình thành một multiplexer 4 sang 1 kênh được nối nối tiếp với các điện trở để chọn bất kỳ điện trở phản hồi nào để thay đổi giá trị của Rƒ. Tổ hợp của các điện trở này sẽ xác định độ lợi điện áp tổng thể của bộ khuếch đại, (Av). Sau đó, độ lợi điện áp của bộ khuếch đại có thể được điều chỉnh kỹ thuật số bằng cách đơn giản là chọn tổ hợp điện trở thích hợp.
Các multiplexer số đôi khi cũng được gọi là “Bộ chọn dữ liệu” vì chúng chọn dữ liệu để gửi đến đường ra và thường được sử dụng trong các mạch chuyển mạch truyền thông hoặc mạng tốc độ cao như LAN và ứng dụng Ethernet.
Một số IC multiplexer có một bộ đệm đảo (Cổng NOT) duy nhất được kết nối với đầu ra để tạo ra đầu ra logic dương (logic “1”, CAO) trên một đầu cuối và một đầu ra logic âm bù (logic “0”, THẤP) trên một đầu cuối khác.
Có thể tạo các mạch multiplexer đơn giản từ các cổng AND và OR tiêu chuẩn như chúng ta đã thấy ở trên, nhưng thông thường các multiplexer/bộ chọn dữ liệu có sẵn dưới dạng các gói i.c. tiêu chuẩn như multiplexer 8 đầu vào sang 1 đường ra TTL 74LS151 phổ biến hoặc Multiplexer đôi 4 đầu vào sang 1 đường ra TTL 74LS153. Các mạch multiplexer với số lượng đầu vào cao hơn có thể được thu được bằng cách ghép nối hai hoặc nhiều thiết bị nhỏ hơn.
Chúng ta có thể thấy rằng các Multiplexer là các mạch chuyển đổi chỉ chuyển đổi hoặc định tuyến tín hiệu qua chính chúng, và là một mạch kết hợp, chúng không có bộ nhớ vì không có đường dẫn phản hồi tín hiệu. Multiplexer là một mạch điện tử rất hữu ích có nhiều ứng dụng khác nhau như định tuyến tín hiệu, truyền thông dữ liệu và ứng dụng điều khiển bus dữ liệu.
Khi được sử dụng với một demultiplexer, dữ liệu song song có thể được truyền dưới dạng chuỗi qua một liên kết dữ liệu duy nhất như cáp sợi quang hoặc đường dây điện thoại và được chuyển đổi trở lại thành dữ liệu song song một lần nữa. Lợi ích là chỉ cần một đường dữ liệu nối tiếp thay vì nhiều đường dữ liệu song song. Do đó, các multiplexer đôi khi được gọi là “bộ chọn dữ liệu”, vì chúng chọn dữ liệu cho đường dẫn.
Các multiplexer cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu analog, số hoặc video, với dòng điện chuyển đổi trong các mạch nguồn analog bị giới hạn dưới 10mA đến 20mA trên mỗi kênh để giảm tỏa nhiệt.