多路复用器探秘：解读其在通信领域的应用与优势
发布时间：2019-12-24
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
多路复用器是一种组合逻辑电路，其目的是将多条输入线中的一条切换到一条公共输出线。
多路复用是一个通用术语，用于描述通过一条公共传输线以不同的时间或速度发送一个或多个模拟或数字信号的操作。因此，我们使用多路复用器来实现这一功能。
多路转换器，简称为“MUX”或“MPX”，是一个组合逻辑电路，通过控制信号的施加，将多个输入线中的一条切换到单个公共输出线。多路复用器的工作方式类似于快速动作的多位置旋转开关，它可以连接或控制多条输入线中的一条，被称为“通道”，并将其连接到输出。
多路复用器或MUX可以是由高速逻辑门构成的数字电路，用于交换数字或二进制数据，也可以是模拟类型的，使用晶体管、MOSFET或继电器来将电压或电流输入中的一条切换到单一输出。
如图所示，多路复用器设备的最基本类型是单向旋转开关。
基本复用器开关
旋转开关，也称为晶片开关，因为该开关的每一层都被称为晶片，是一种机械设备，其输入是通过旋转轴来选择的。换句话说，旋转开关是一种手动开关，您只需将其输入设为“ON”或“OFF”，即可用于选择单个数据或信号线。然而，在数字设备中，我们需要自动选择每个数据输入。
在数字电子产品中，多路复用器也被称为数据选择器，因为它们可以"选择"每条输入线。它们由封装在一个单一集成电路（IC）封装中的模拟开关组成，与"机械"类型的选择器（如常规的开关和继电器）不同。
多路复用器被用作减少电路设计中所需逻辑门数量的一种方法，或者当需要一条数据线或数据总线来传输两个或多个不同的数字信号时，它们被用作一种方法。例如，一个8通道多路复用器。
通常，多路复用器中的每条输入线的选择由称为控制线的另一组输入进行控制，并且根据这些控制输入的二进制条件（"高"或"低"），适当的数据输入直接连接到输出。通常，多路复用器具有偶数个2^n数据输入线和与数据输入数量相对应的多个"控制"输入。
请注意，多路复用器的操作与编码器不同。编码器能够将n位输入模式切换到多条输出线，这些输出线表示等效于活动输入的二进制编码（BCD）输出。
我们可以使用基本逻辑门NAND来构建一个简单的2线到1线（2:1）多路复用器，如图所示。
基本复用开关
旋转开关，也被称为晶片开关，因为该开关的每一层都被称为晶片，是一种机械设备。它通过旋转轴来选择输入信号。换句话说，旋转开关是一种手动开关，只需将其设置为“ON”或“OFF”，即可选择单个数据或信号线。然而，我们如何使用数字设备来自动选择每个数据输入呢？
在数字电子产品中，多路复用器也被称为数据选择器，因为它们能够从多个输入线中"选择"一个。它们由封装在单个集成电路（IC）封装中的模拟开关组成，与"机械"类型的选择器（如常规开关和继电器）不同。
多路复用器被用作减少电路设计中所需的逻辑门数量的一种方法，或者当需要一条数据线或数据总线传输两个或多个不同的数字信号时，它们被用作一种解决方案。例如，一个8通道多路复用器。
通常情况下，多路复用器中每条输入线的选择是由称为控制线的另一组输入控制的。根据这些控制输入的二进制状态（"高"或"低"），适当的数据输入直接连接到输出。通常，多路复用器具有偶数个2^n的数据输入线和与数据输入数量相对应的多个"控制"输入。
需要注意的是，多路复用器的操作与编码器不同。编码器能够将n位输入模式切换到多条输出线，这些输出线表示等效于活动输入的二进制编码（BCD）输出。
我们可以使用基本逻辑门NAND构建一个简单的2线到1线（2对1）多路复用器，如图所示。
输入多路复用器设计
这个简单的2-1线多路复用器电路由标准NAND门组成，其中输入A用于控制将哪个输入（I0或I1）传递给输出Q。
从上面的真值表中可以看出，在数据选择输入A为逻辑低（LOW）时，输入I1通过与非门多路复用器电路传递到输出Q，而输入I0被阻断。当数据选择A为逻辑高（HIGH）时，操作相反，此时输入I0传递到输出Q，而输入I1被阻断。
因此，通过将A设置为逻辑0或逻辑1，我们可以选择合适的输入I0或I1，这个电路的作用类似于一个单刀双掷（SPDT）开关。
由于只有一条控制线（A），我们只能切换2个1个输入。在这个简单的示例中，2输入多路复用器将两个1位源之一连接到一个公共输出，实现了2对1线多路复用器。我们可以通过下面的布尔表达式来确认这一点：
Q = A·I0·I1 + A·I0·I1 + A·I0·I1 + A·I0·I1
对于上述2输入多路复用器电路，也可以进行简化：
Q = A·I1 + A·I0
我们可以通过遵循相同的步骤，简单地增加要进一步选择的数据输入数量，并使用较小的2比1多路复用器作为基本组件来实现更大规模的多路复用器电路。因此，对于4输入多路复用器，我们将需要两条数据选择线，因为4个输入等同于2^2个数据控制线，从而为电路提供4个输入（I0、I1、I2、I3）和两条数据选择线A和B。
以下是带有输入A到D和数据选择线a、b的4-to-1多路复用器的布尔表达式：
Q = ab·A + ab·B + ab·C + ab·D
在这个例子中，任何时刻只有四个模拟开关中的一个闭合，将输入线A到D之一连接到单个输出Q。哪个开关闭合取决于寻址输入代码上的行"a"和"b"。
因此，在此示例中，要选择输入B到输出Q，二进制输入地址需要设定为"a"=逻辑1和"b"=逻辑0。这样，我们可以展示多路复用器对数据选择与所显示的数据选择位的关系。
多路复用器输入线路选择
当添加更多的控制地址线（n）后，多路复用器可以控制更多的输入，因为它可以切换2^n个输入，但每种控制线配置只能将一个输入连接到输出。
为了实现上述布尔表达式，需要使用由AND、OR和NOT门组成的七个单独的逻辑门，如图所示。
多路复用器可以不仅限于将多个不同的输入线或通道切换到一个公共的单一输出。还有一些类型可以将其输入切换为多个输出，并具有4到2、8到3甚至16到4等不同的配置。例如，下面是一个简单的双通道4输入多路复用器（4-to-2）的示例：
在这个示例中，四个输入通道被切换为两个单独的输出线，但也可以构建更大规模的多路复用器。这种简单的4到2配置可用于例如切换立体声前置放大器或混频器的音频信号。
除了通过单条传输线或以串行格式发送并行数据外，多通道多路复用器还可以用作数字音频应用中的混频器，或者例如可以数字方式控制模拟放大器增益的调节器。
在这种应用中，一个配置为4对1通道多路复用器的单个四通道（Quad）SPST开关与电阻串联，可以选择任意反馈电阻来改变放大器反馈电阻（Rƒ）的值。这些电阻的组合将决定放大器的总电压增益（Av）。然后，通过简单地选择适当的电阻组合，可以数字调整放大器的电压增益。
数字多路复用器有时也被称为“数据选择器”，因为它们选择要发送到输出线的数据。它们通常在通信或高速网络交换电路（例如LAN和以太网应用）中使用。
一些多路复用器IC的输出端连接有单个反相缓冲器（非门），以提供正逻辑输出（逻辑“1”，高电平）和互补的负逻辑输出（逻辑“0”，低电平）。
如前所述，可以使用标准AND和OR门制作简单的多路复用器电路，但常见的做法是使用集成电路（IC）封装的多路复用器/数据选择器。例如，常见的TTL 74LS151是一个8输入到1输出的多路复用器，或者TTL 74LS153是一个双4输入到1输出的多路复用器。通过级联连接两个或更多个较小的器件，可以构建具有大量输入的多路复用器电路。
多路复用器摘要
多路复用器是一种交换电路，仅通过自身切换或路由信号，作为组合电路，没有内存或信号反馈路径。多路复用器在许多不同的应用中都非常有用，如信号路由、数据通信和数据总线控制。
当与多路分解器结合使用时，可以将并行数据通过一条串行数据链路（例如光缆或电话线）传输，并再次转换为并行数据。这样做的优点是只需要一条串行数据线，而不需要多条并行数据线。因此，多路复用器有时被称为"数据选择器"，因为它们在选择要发送的数据时起到了作用。
多路复用器还可用于切换模拟、数字或视频信号。在模拟电源电路中，多路复用器的切换电流限制在每个通道10mA至20mA以下，以减少热量产生。
关键词：罗姆电源管理
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复用器是一种组合逻辑电路，其功能是将一条公共输入线切换到多条独立的输出线之一。 与我们在先前教程中见过的多路复用器完全相反，分解器（通常简称为“Demux”或多路分解器）的作用正好相反。
多路复用器是一种组合逻辑电路，其目的是将多条输入线中的一条切换到一条公共输出线。 多路复用是一个通用术语，用于描述通过一条公共传输线以不同的时间或速度发送一个或多个模拟或数字信号的操作。因此，我们使用多路复用器来实现这一功能。
