多路復用器的知識點匯總

多路復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。

多路復用是一個通用術語，用于描述通過一條公共傳輸線以不同的時間或速度發送一個或多個模擬或數字信號的操作，因此，我們用來做的設備稱為多路復用器。

該多路轉換器，簡稱為“MUX”或“MPX”，是一個組合邏輯電路設計成通過控制信號的施加通過切換多個輸入線中的一條為單個公共輸出線。多路復用器的工作方式類似于快速動作的多位置旋轉開關，一次連接或控制一條稱為“通道”的多條輸入線到輸出。

多路復用器或MUX可以是由用于交換數字或二進制數據的高速邏輯門制成的數字電路，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輸出的模擬類型。

如圖所示，多路復用器設備的最基本類型是單向旋轉開關。

基本復用開關

旋轉開關，也稱為晶片開關，因為該開關的每一層都稱為晶片，是一種機械設備，其輸入是通過旋轉軸來選擇的。換句話說，旋轉開關是一種手動開關，您只需將其輸入設為“ ON”或“ OFF”即可用于選擇單個數據或信號線。因此，我們如何使用數字設備自動選擇每個數據輸入。

在數字電子產品中，多路復用器也被稱為數據選擇器，因為它們可以“選擇”每條輸入線，由封裝在單個IC封裝中的單個模擬開關構成，與“機械”類型的選擇器（如常規常規開關和繼電器）相反。

它們被用作減少電路設計中需要的邏輯門數量的一種方法，或者當需要一條數據線或數據總線來承載兩個或多個不同的數字信號時，它們被用作一種方法。例如，一個8通道多路復用器。

通常，多路復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，并且根據這些控制輸入的二進制條件（“高”或“低”），適當的數據輸入直接連接至輸出。通常，多路復用器具有偶數個2 n數據輸入線和與數據輸入數量相對應的多個“控制”輸入。

請注意，多路復用器的操作與編碼器不同。編碼器能夠將n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輸入的二進制編碼（BCD）輸出。

我們可以從基本邏輯NAND門構建一個簡單的2線到1線（2對1）多路復用器，如圖所示。

輸入多路復用器設計

這個簡單的由標準NAND門構成的2-1線多路復用器電路的輸入A用于控制將哪個輸入（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，當數據選擇輸入A在邏輯0處為LOW時，輸入I 1將其數據通過與非門多路復用器電路傳遞至輸出，而輸入I 0被阻塞。當數據選擇A在邏輯1處為高電平時，發生反向操作，現在輸入I 0將數據傳遞到輸出Q，而輸入I 1被阻止。

因此，通過在A處應用邏輯“ 0”或邏輯“ 1”，我們可以選擇適當的輸入I 0或I 1，電路的作用有點像單刀雙擲（SPDT）開關。

由于我們只有一條控制線（A），所以我們只能切換2 1個輸入，在這個簡單的示例中，2輸入多路復用器將兩個1位源之一連接到一個公共輸出，產生2對1在線多路復用器。我們可以在下面的布爾表達式中確認這一點。

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

對于上面的2輸入多路復用器電路，這也可以簡化：

Q = A .I 1 + AI 0

我們可以通過遵循相同的步驟簡單地增加要進一步選擇的數據輸入的數量，并且可以使用較小的2比1多路復用器作為其基本構件來實現較大的多路復用器電路。因此，對于4輸入多路復用器，我們將需要兩條數據選擇線，因為4輸入代表2 2數據控制線，從而給一個電路提供4個輸入，即I 0，I 1，I 2，I 3和兩條數據選擇線A和B如圖所示。

4對1通道多路復用器

上面帶有輸入A到D和數據選擇線a，b的此4-to-1 多路復用器的布爾表達式為：

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

在這個例子中，在任何時刻，四個模擬開關中只有一個閉合，將輸入線A到D之一僅連接到Q的單個輸出。哪個開關閉合取決于行“ a ”和“ b ” 上的尋址輸入代碼。

因此，對于此示例，選擇輸入B到Q的輸出，二進制輸入地址將需要為“ a ” =邏輯“ 1”和“ b ” =邏輯“ 0”。因此，我們可以顯示通過多路復用器對數據的選擇與所顯示的數據選擇位的關系。

多路復用器輸入線路選擇

添加更多控制地址線后，（n）將允許多路復用器控制更多輸入，因為它可以切換2 n個輸入，但是每種控制線配置將僅將一個輸入連接到輸出。

然后，使用單獨的邏輯門來實現上述布爾表達式，將需要使用由AND，OR和NOT門組成的七個單獨的門，如圖所示。

使用邏輯門的4通道多路復用器

邏輯圖中用于標識多路復用器的符號如下：

多路復用器符號

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

4至2通道多路復用器

在此示例中，這里的4個輸入通道被切換為2條單獨的輸出線，但更大的布置也是可能的。這種簡單的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。

可調放大器增益

除了通過單條傳輸線或連接以串行格式發送并行數據外，多通道多路復用器的另一種可能用途是在數字音頻應用中用作混頻器，或者例如可以數字方式控制模擬放大器的增益。

數字可調放大器增益

此處，反相運算放大器的電壓增益取決于在運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1通道多路復用器的單個4通道（Quad）SPST開關與電阻串聯，以選擇任何反饋電阻來改變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，可以通過簡單地選擇適當的電阻器組合來數字調整放大器的電壓增益。

數字多路復用器有時也被稱為“數據選擇器”，因為它們選擇要發送到輸出線的數據，通常用于通信或高速網絡交換電路（如LAN和以太網應用）中。

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

如上所述，可以通過標準AND和OR門制作簡單的多路復用器電路，但是常見的多路復用器/數據選擇器可以作為標準ic包使用，例如常見的TTL 74LS151 8輸入到1行多路復用器或TTL 74LS153 Dual 4路輸入到1路多路復用器。通過將兩個或更多個較小的設備級聯在一起，可以獲得具有大量輸入的多路復用器電路。

多路復用器摘要

然后我們可以看到多路復用器是僅通過自身切換或路由信號的交換電路，并且作為組合電路，它們沒有內存，因為沒有信號反饋路徑。多路復用器是一種非常有用的電子電路，已用于許多不同的應用中，例如信號路由，數據通信和數據總線控制應用。

當與多路分解器一起使用時，并行數據可以通過一條數據鏈路（例如光纜或電話線）以串行形式傳輸，然后再次轉換回并行數據。優點是只需要一條串行數據線，而不需要多條并行數據線。因此，多路復用器有時會選擇行中的數據，因此有時被稱為“數據選擇器”。

多路復用器還可用于切換模擬，數字或視頻信號，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。