多路復(fù)用器的知識(shí)點(diǎn)匯總

多路復(fù)用器是一種組合邏輯電路，旨在將多條輸入線之一切換到一條公共輸出線。

多路復(fù)用是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，用于描述通過(guò)一條公共傳輸線以不同的時(shí)間或速度發(fā)送一個(gè)或多個(gè)模擬或數(shù)字信號(hào)的操作，因此，我們用來(lái)做的設(shè)備稱為多路復(fù)用器。

該多路轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱為“MUX”或“MPX”，是一個(gè)組合邏輯電路設(shè)計(jì)成通過(guò)控制信號(hào)的施加通過(guò)切換多個(gè)輸入線中的一條為單個(gè)公共輸出線。多路復(fù)用器的工作方式類似于快速動(dòng)作的多位置旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，一次連接或控制一條稱為“通道”的多條輸入線到輸出。

多路復(fù)用器或MUX可以是由用于交換數(shù)字或二進(jìn)制數(shù)據(jù)的高速邏輯門(mén)制成的數(shù)字電路，也可以是使用晶體管，MOSFET或繼電器將電壓或電流輸入之一切換到單個(gè)輸出的模擬類型。

如圖所示，多路復(fù)用器設(shè)備的最基本類型是單向旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。

基本復(fù)用開(kāi)關(guān)

旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，也稱為晶片開(kāi)關(guān)，因?yàn)樵撻_(kāi)關(guān)的每一層都稱為晶片，是一種機(jī)械設(shè)備，其輸入是通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸來(lái)選擇的。換句話說(shuō)，旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)是一種手動(dòng)開(kāi)關(guān)，您只需將其輸入設(shè)為“ ON”或“ OFF”即可用于選擇單個(gè)數(shù)據(jù)或信號(hào)線。因此，我們?nèi)绾问褂脭?shù)字設(shè)備自動(dòng)選擇每個(gè)數(shù)據(jù)輸入。

在數(shù)字電子產(chǎn)品中，多路復(fù)用器也被稱為數(shù)據(jù)選擇器，因?yàn)樗鼈兛梢浴斑x擇”每條輸入線，由封裝在單個(gè)IC封裝中的單個(gè)模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)成，與“機(jī)械”類型的選擇器（如常規(guī)常規(guī)開(kāi)關(guān)和繼電器）相反。

它們被用作減少電路設(shè)計(jì)中需要的邏輯門(mén)數(shù)量的一種方法，或者當(dāng)需要一條數(shù)據(jù)線或數(shù)據(jù)總線來(lái)承載兩個(gè)或多個(gè)不同的數(shù)字信號(hào)時(shí)，它們被用作一種方法。例如，一個(gè)8通道多路復(fù)用器。

通常，多路復(fù)用器中每條輸入線的選擇由稱為控制線的另一組輸入控制，并且根據(jù)這些控制輸入的二進(jìn)制條件（“高”或“低”），適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)輸入直接連接至輸出。通常，多路復(fù)用器具有偶數(shù)個(gè)2 n數(shù)據(jù)輸入線和與數(shù)據(jù)輸入數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)“控制”輸入。

請(qǐng)注意，多路復(fù)用器的操作與編碼器不同。編碼器能夠?qū)位輸入模式切換到多條輸出線，這些輸出線表示等效于活動(dòng)輸入的二進(jìn)制編碼（BCD）輸出。

我們可以從基本邏輯NAND門(mén)構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的2線到1線（2對(duì)1）多路復(fù)用器，如圖所示。

輸入多路復(fù)用器設(shè)計(jì)

這個(gè)簡(jiǎn)單的由標(biāo)準(zhǔn)NAND門(mén)構(gòu)成的2-1線多路復(fù)用器電路的輸入A用于控制將哪個(gè)輸入（I 0 或I 1 ）傳遞給Q的輸出。

從上面的真值表中，我們可以看到，當(dāng)數(shù)據(jù)選擇輸入A在邏輯0處為L(zhǎng)OW時(shí)，輸入I 1將其數(shù)據(jù)通過(guò)與非門(mén)多路復(fù)用器電路傳遞至輸出，而輸入I 0被阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)選擇A在邏輯1處為高電平時(shí)，發(fā)生反向操作，現(xiàn)在輸入I 0將數(shù)據(jù)傳遞到輸出Q，而輸入I 1被阻止。

因此，通過(guò)在A處應(yīng)用邏輯“ 0”或邏輯“ 1”，我們可以選擇適當(dāng)?shù)妮斎隝 0或I 1，電路的作用有點(diǎn)像單刀雙擲（SPDT）開(kāi)關(guān)。

由于我們只有一條控制線（A），所以我們只能切換2 1個(gè)輸入，在這個(gè)簡(jiǎn)單的示例中，2輸入多路復(fù)用器將兩個(gè)1位源之一連接到一個(gè)公共輸出，產(chǎn)生2對(duì)1在線多路復(fù)用器。我們可以在下面的布爾表達(dá)式中確認(rèn)這一點(diǎn)。

Q = AI 0 .I 1 + A .I 0 .I 1 + AI 0 .I 1 + AI 0 .I 1

對(duì)于上面的2輸入多路復(fù)用器電路，這也可以簡(jiǎn)化：

Q = A .I 1 + AI 0

我們可以通過(guò)遵循相同的步驟簡(jiǎn)單地增加要進(jìn)一步選擇的數(shù)據(jù)輸入的數(shù)量，并且可以使用較小的2比1多路復(fù)用器作為其基本構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)較大的多路復(fù)用器電路。因此，對(duì)于4輸入多路復(fù)用器，我們將需要兩條數(shù)據(jù)選擇線，因?yàn)?輸入代表2 2數(shù)據(jù)控制線，從而給一個(gè)電路提供4個(gè)輸入，即I 0，I 1，I 2，I 3和兩條數(shù)據(jù)選擇線A和B如圖所示。

4對(duì)1通道多路復(fù)用器

上面帶有輸入A到D和數(shù)據(jù)選擇線a，b的此4-to-1 多路復(fù)用器的布爾表達(dá)式為：

Q = ab A + a b B + a bC + abD

在這個(gè)例子中，在任何時(shí)刻，四個(gè)模擬開(kāi)關(guān)中只有一個(gè)閉合，將輸入線A到D之一僅連接到Q的單個(gè)輸出。哪個(gè)開(kāi)關(guān)閉合取決于行“ a ”和“ b ” 上的尋址輸入代碼。

因此，對(duì)于此示例，選擇輸入B到Q的輸出，二進(jìn)制輸入地址將需要為“ a ” =邏輯“ 1”和“ b ” =邏輯“ 0”。因此，我們可以顯示通過(guò)多路復(fù)用器對(duì)數(shù)據(jù)的選擇與所顯示的數(shù)據(jù)選擇位的關(guān)系。

多路復(fù)用器輸入線路選擇

添加更多控制地址線后，（n）將允許多路復(fù)用器控制更多輸入，因?yàn)樗梢郧袚Q2 n個(gè)輸入，但是每種控制線配置將僅將一個(gè)輸入連接到輸出。

然后，使用單獨(dú)的邏輯門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述布爾表達(dá)式，將需要使用由AND，OR和NOT門(mén)組成的七個(gè)單獨(dú)的門(mén)，如圖所示。

使用邏輯門(mén)的4通道多路復(fù)用器

邏輯圖中用于標(biāo)識(shí)多路復(fù)用器的符號(hào)如下：

多路復(fù)用器符號(hào)

多路復(fù)用器不僅限于將多個(gè)不同的輸入線或通道切換到一個(gè)公共的單路輸出。也有一些類型可以將其輸入切換為多個(gè)輸出，并具有4到2、8到3甚至16到4等配置的配置，以及簡(jiǎn)單的雙通道4輸入多路復(fù)用器（4- to-2）如下：

4至2通道多路復(fù)用器

在此示例中，這里的4個(gè)輸入通道被切換為2條單獨(dú)的輸出線，但更大的布置也是可能的。這種簡(jiǎn)單的4到2配置可用于例如切換立體聲前置放大器或混頻器的音頻信號(hào)。

可調(diào)放大器增益

除了通過(guò)單條傳輸線或連接以串行格式發(fā)送并行數(shù)據(jù)外，多通道多路復(fù)用器的另一種可能用途是在數(shù)字音頻應(yīng)用中用作混頻器，或者例如可以數(shù)字方式控制模擬放大器的增益。

數(shù)字可調(diào)放大器增益

此處，反相運(yùn)算放大器的電壓增益取決于在運(yùn)算放大器教程中確定的輸入電阻R IN和其反饋電阻R?之比。

配置為4對(duì)1通道多路復(fù)用器的單個(gè)4通道（Quad）SPST開(kāi)關(guān)與電阻串聯(lián)，以選擇任何反饋電阻來(lái)改變R?的值。這些電阻的組合將確定放大器的總電壓增益（Av）。然后，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電阻器組合來(lái)數(shù)字調(diào)整放大器的電壓增益。

數(shù)字多路復(fù)用器有時(shí)也被稱為“數(shù)據(jù)選擇器”，因?yàn)樗鼈冞x擇要發(fā)送到輸出線的數(shù)據(jù)，通常用于通信或高速網(wǎng)絡(luò)交換電路（如LAN和以太網(wǎng)應(yīng)用）中。

某些多路復(fù)用器IC 的輸出上連接有單個(gè)反相緩沖器（非門(mén)），以在一個(gè)端子上提供正邏輯輸出（邏輯“ 1”，高），在其上提供互補(bǔ)的負(fù)邏輯輸出（邏輯“ 0”，低）另一個(gè)不同的終端。

如上所述，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)AND和OR門(mén)制作簡(jiǎn)單的多路復(fù)用器電路，但是常見(jiàn)的多路復(fù)用器/數(shù)據(jù)選擇器可以作為標(biāo)準(zhǔn)ic包使用，例如常見(jiàn)的TTL 74LS151 8輸入到1行多路復(fù)用器或TTL 74LS153 Dual 4路輸入到1路多路復(fù)用器。通過(guò)將兩個(gè)或更多個(gè)較小的設(shè)備級(jí)聯(lián)在一起，可以獲得具有大量輸入的多路復(fù)用器電路。

多路復(fù)用器摘要

然后我們可以看到多路復(fù)用器是僅通過(guò)自身切換或路由信號(hào)的交換電路，并且作為組合電路，它們沒(méi)有內(nèi)存，因?yàn)闆](méi)有信號(hào)反饋路徑。多路復(fù)用器是一種非常有用的電子電路，已用于許多不同的應(yīng)用中，例如信號(hào)路由，數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)總線控制應(yīng)用。

當(dāng)與多路分解器一起使用時(shí)，并行數(shù)據(jù)可以通過(guò)一條數(shù)據(jù)鏈路（例如光纜或電話線）以串行形式傳輸，然后再次轉(zhuǎn)換回并行數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是只需要一條串行數(shù)據(jù)線，而不需要多條并行數(shù)據(jù)線。因此，多路復(fù)用器有時(shí)會(huì)選擇行中的數(shù)據(jù)，因此有時(shí)被稱為“數(shù)據(jù)選擇器”。

多路復(fù)用器還可用于切換模擬，數(shù)字或視頻信號(hào)，并且模擬電源電路中的切換電流限制為每通道10mA至20mA以下，以減少散熱。