9. Мультиплексоры. Классификация, управление и применение.

Мультиплексоры (логические коммутаторы) (англ. Multiplexer) получили достаточно широкое самостоятельное распространение в качестве узлов, реализуемых в виде отдельных ИМС, а с развитием технологии БИС перешли в разряд библиотечных (типовых функциональных узлов БИС и СБИС). Мультиплексированием называется передача разных сигналов по одним и тем же линиям в разные моменты времени. Основная цель мультиплексирования состоит в сокращении общего количества соединительных линий (общих шин). Мультиплексоры предназначены для поочередной передачи на один выход одного из нескольких входных сигналов, то есть для их мультиплексирования. Количество мультиплексируемых входов называется количеством каналов мультиплексора, а количество выходов называется числом разрядов мультиплексора. Например, 2-канальный 4-разрядный мультиплексор имеет 4 выхода, на каждый из которых может передаваться один из двух входных сигналов. А 4-канальный 2-разрядный мультиплексор имеет 2 выхода, на каждый из которых может передаваться один из четырех входных сигналов. Число каналов мультиплексоров, входящих в стандартные серии, составляет от 2 до 16, а число разрядов — от 1 до 4, причем, чем больше каналов имеет мультиплексор, тем меньше у него разрядов. Упрощенно мультиплексоры реализуют функции много входных стробируемых схем И-ИЛИ, причем часто с наличием управляющего входа, обеспечивающего отключение выходов мультиплексора от линии. Это достигается за счет использования на выходе элементов с тремя состояниями (или что тоже самое: с возможностью отключения (обозначается 3С, 3S)), включая состояние высокого выходного сопротивления. Кроме того, в состав мультиплексоров часто входят схемы дешифраторов выбора направления коммутации. Управление работой мультиплексора (выбор номера канала) осуществляется с помощью входного кода адреса. Например, для 4-канального мультиплексора необходим 2-разрядный управляющий (адресный) код, а для 16-канального — 4-разрядный код. Разряды кода обозначаются 1, 2, 4, 8 или А0, А1, А2, А3. Мультиплексоры бывают с выходом 2С (стандартный выход или выход с двумя состояниями) и с выходом 3С (выход с тремя состояниями). Выходы мультиплексоров бывают прямыми и инверсными. Выход 3С позволяет объединить выходы мультиплексоров с выходами других микросхем, а также получать двунаправленные и мультиплексированные линии. Некоторые микросхемы мультиплексоров имеют вход разрешения/запрета С (другое обозначение S), который при запрете устанавливает на прямом выходе нулевой уровень. В отечественных сериях микросхем мультиплексоры имеют код типа микросхемы КП. На схемах микросхемы мультиплексоров обозначаются буквами MS. Микросхемы мультиплексоров можно объединять для увеличения количества каналов. Например, два 8-канальных мультиплексора легко объединяются в 16-канальный с помощью инвертора на входах разрешения и элемента 2И–НЕ для смешивания выходных сигналов (рис. 4). Старший разряд кода будет при этом выбирать один из двух мультиплексоров. Точно так же из двух 16-канальных мультиплексоров можно сделать 32-канальный. Если нужно большее число каналов, то необходимо вместо инвертора включать дешифратор, на который подаются старшие разряды кода. Выходные сигналы дешифратора будут выбирать один из мультиплексоров. В заключение отметим, что задержки выходного сигнала мультиплексора по входам управляющего (адресного) кода примерно в два раза превышают задержки логических элементов, а по информационным входам – примерно в полтора раза, что следует учитывать при проектировании цифровых устройств.