Ghép kênh là thuật ngữ chung được sử dụng để mô tả hoạt động gửi một hoặc nhiều tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu kỹ thuật số qua một đường truyền chung ở các thời điểm hoặc tốc độ khác nhau và như vậy, thiết bị chúng ta sử dụng để thực hiện điều đó được gọi là Bộ ghép kênh MUX.
Bộ ghép kênh , được viết tắt là “MUX” hoặc “MPX”, là một mạch logic tổ hợp được thiết kế để chuyển một trong số các đường đầu vào sang một đường đầu ra chung duy nhất bằng cách áp dụng tín hiệu điều khiển. Bộ ghép kênh hoạt động giống như công tắc xoay nhiều vị trí hoạt động rất nhanh kết nối hoặc điều khiển nhiều đường đầu vào được gọi là “kênh” tại một thời điểm đến đầu ra.
Bộ ghép kênh, hoặc MUX, có thể là mạch kỹ thuật số được tạo ra từ các cổng logic tốc độ cao được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu số hoặc nhị phân hoặc chúng có thể là loại tương tự sử dụng bóng bán dẫn, MOSFET hoặc rơ le để chuyển một trong các đầu vào điện áp hoặc dòng điện sang một đầu ra duy nhất.
Loại cơ bản nhất của thiết bị ghép kênh là công tắc xoay một chiều như hình minh họa.
Công tắc ghép kênh cơ bản – Bộ ghép kênh MUX
Công tắc xoay, còn được gọi là công tắc wafer vì mỗi lớp của công tắc được gọi là wafer, là một thiết bị cơ học có đầu vào được chọn bằng cách quay một trục. Nói cách khác, công tắc xoay là một công tắc thủ công mà bạn có thể sử dụng để chọn từng đường dữ liệu hoặc tín hiệu đơn giản bằng cách chuyển đầu vào của nó “BẬT” hoặc “TẮT”. Vậy làm thế nào chúng ta có thể chọn từng đầu vào dữ liệu tự động bằng thiết bị kỹ thuật số.
Trong điện tử kỹ thuật số, bộ ghép kênh còn được gọi là bộ chọn dữ liệu vì chúng có thể “chọn” từng dòng đầu vào, được cấu tạo từ các Bộ chuyển mạch tương tự riêng lẻ được gói trong một gói IC đơn lẻ, trái ngược với các bộ chọn loại “cơ học” như bộ chuyển mạch và rơ le thông thường.
Chúng được sử dụng như một phương pháp để giảm số lượng cổng logic cần thiết trong thiết kế mạch hoặc khi một đường dữ liệu hoặc bus dữ liệu được yêu cầu mang hai hoặc nhiều tín hiệu kỹ thuật số khác nhau. Ví dụ, một bộ ghép kênh 8 kênh.
Nói chung, việc lựa chọn từng dòng đầu vào trong bộ ghép kênh được điều khiển bởi một bộ đầu vào bổ sung được gọi là dòng điều khiển và theo điều kiện nhị phân của các đầu vào điều khiển này, “CAO” hoặc “THẤP”, đầu vào dữ liệu thích hợp được kết nối trực tiếp với đầu ra. Thông thường, một bộ ghép kênh có số chẵn gồm 2 n dòng đầu vào dữ liệu và một số đầu vào “điều khiển” tương ứng với số lượng đầu vào dữ liệu.
Lưu ý rằng bộ ghép kênh hoạt động khác với Bộ mã hóa . Bộ mã hóa có thể chuyển một mẫu đầu vào n-bit sang nhiều dòng đầu ra đại diện cho đầu ra được mã hóa nhị phân (BCD) tương đương với đầu vào hoạt động.
Chúng ta có thể xây dựng một bộ ghép kênh 2 dòng sang 1 dòng (2-to-1) đơn giản từ các cổng NAND logic cơ bản như được minh họa.
Thiết kế bộ ghép kênh 2 đầu vào
Các đầu vào A đơn giản này mạch multiplexer 2-1 dòng xây dựng từ cổng NAND tiêu chuẩn hoạt động để kiểm soát mà đầu vào (I 0 hoặc tôi 1 ) được thông qua với sản lượng tại Q .
Từ bảng sự thật ở trên, chúng ta có thể thấy rằng khi đầu vào chọn dữ liệu, A là LOW ở mức logic 0, đầu vào I 1 chuyển dữ liệu của nó qua mạch ghép kênh cổng NAND đến đầu ra, trong khi đầu vào I 0 bị chặn. Khi dữ liệu chọn A là CAO ở mức logic 1, điều ngược lại xảy ra và bây giờ đầu vào I 0 chuyển dữ liệu đến đầu ra Q trong khi đầu vào I 1 bị chặn.
Vì vậy, bằng cách áp dụng logic “0” hoặc logic “1” tại A, chúng ta có thể chọn đầu vào thích hợp, I 0 hoặc I 1 với mạch hoạt động giống như một công tắc ném kép (SPDT) đơn cực.
Vì chúng ta chỉ có một đường điều khiển, (A) nên chúng ta chỉ có thể chuyển đổi 21 đầu vào và trong ví dụ đơn giản này, bộ ghép kênh 2 đầu vào kết nối một trong hai nguồn 1 bit với một đầu ra chung, tạo ra 2 đến 1 – đường ghép kênh. Chúng ta có thể xác nhận điều này trong biểu thức Boolean sau đây.
Q = AI 0 .I 1 + A .I 0 .I 1 + AI 0 .I 1 + AI 0 .I 1
và đối với mạch ghép kênh 2 đầu vào của chúng tôi ở trên, điều này cũng có thể được đơn giản hóa:
Q = A .I 1 + AI 0
Chúng ta có thể tăng số lượng đầu vào dữ liệu được chọn hơn nữa chỉ đơn giản bằng cách làm theo cùng một quy trình và các mạch ghép kênh lớn hơn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ ghép kênh 2-1 nhỏ hơn làm khối xây dựng cơ bản của chúng. Vì vậy, đối với bộ ghép kênh 4 đầu vào, do đó chúng tôi sẽ yêu cầu hai đường chọn dữ liệu vì 4 đầu vào đại diện cho 2 2 đường điều khiển dữ liệu cung cấp cho một mạch có bốn đầu vào, I 0 , I 1 , I 2 , I 3 và hai đường chọn dữ liệu A và B như hình.
Bộ ghép kênh 4 đến 1 kênh
Biểu thức Boolean cho Bộ ghép kênh 4-1 ở trên với đầu vào A đến D và các dòng chọn dữ liệu a, b được cho là:
Q = ab A + a b B + a bC + abD
Trong ví dụ này tại bất kỳ một khoảnh khắc trong thời gian chỉ một trong bốn tương tự switch được đóng lại, chỉ kết nối một trong những dòng đầu vào Một để D để đầu ra duy nhất tại Q . Việc đóng công tắc nào phụ thuộc vào mã đầu vào định địa chỉ trên các dòng “ a ” và “ b ”.
Vì vậy, đối với ví dụ này để chọn đầu vào B cho đầu ra tại Q , địa chỉ đầu vào nhị phân cần phải là “ a ” = logic “1” và “ b ” = logic “0”. Vì vậy, chúng ta có thể hiển thị việc lựa chọn dữ liệu thông qua bộ ghép kênh như một chức năng của các bit chọn dữ liệu như được hiển thị.
Lựa chọn dòng đầu vào của bộ ghép kênh
Thêm nhiều dòng địa chỉ điều khiển, (n) sẽ cho phép bộ ghép kênh điều khiển nhiều đầu vào hơn vì nó có thể chuyển đổi 2 n đầu vào nhưng mỗi cấu hình dòng điều khiển sẽ chỉ kết nối 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 riêng lẻ bao gồm các cổng AND , OR và NOT như được minh họa.
Bộ ghép kênh 4 kênh sử dụng Cổng logic
Ký hiệu được sử dụng trong sơ đồ logic để xác định bộ ghép kênh như sau:
Ký hiệu Bộ ghép kênh MUX
Bộ ghép kênh không bị giới hạn ở việc chỉ chuyển đổi một số đường hoặc kênh đầu vào khác nhau sang một đầu ra duy nhất chung. Cũng có những loại có thể chuyển đầu vào của chúng thành nhiều đầu ra và có sự sắp xếp hoặc cấu hình 4 đến 2, 8 thành 3 hoặc thậm chí 16 đến 4, v.v. và một ví dụ về bộ ghép kênh đầu vào kép kênh 4 đơn giản (4 đến-2) được đưa ra dưới đây:
Bộ ghép kênh 4 đến 2 kênh
Ở đây trong ví dụ này, 4 kênh đầu vào được chuyển sang 2 đường đầu ra riêng lẻ nhưng cũng có thể sắp xếp lớn hơn. Ví dụ, cấu hình 4 đến 2 đơn giản này có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu âm thanh cho bộ khuếch đại hoặc bộ trộn âm thanh nổi.
Tăng độ khuếch đại có thể điều chỉnh
Cũng như việc gửi dữ liệu song song theo định dạng nối tiếp xuống một đường truyền hoặc kết nối duy nhất, một cách sử dụng khác có thể có của bộ ghép kênh đa kênh là trong các ứng dụng âm thanh kỹ thuật số như bộ trộn hoặc nơi mà độ lợi của bộ khuếch đại tương tự có thể được điều khiển bằng kỹ thuật số.
Độ lợi của bộ khuếch đại có thể điều chỉnh kỹ thuật số
Ở đây, mức tăng điện áp của bộ khuếch đại hoạt động đảo phụ thuộc vào tỷ lệ giữa điện trở đầu vào, R IN và điện trở phản hồi của nó, Rƒ như được xác định trong hướng dẫn Op-amp.
Một công tắc SPST 4 kênh (Quad) đơn được cấu hình làm bộ ghép kênh 4 đến 1 được kết nối nối tiếp với các điện trở để chọn bất kỳ điện trở phản hồi nào để thay đổi giá trị của Rƒ . Sự kết hợp của các điện trở này sẽ xác định mức tăng điện áp tổng thể của bộ khuếch đại, ( Av ). Sau đó, mức tăng điện áp của bộ khuếch đại có thể được điều chỉnh kỹ thuật số bằng cách chỉ cần chọn kết hợp điện trở thích hợp.
Bộ ghép kênh kỹ thuật số đôi khi còn được gọi là “Bộ chọn dữ liệu” vì chúng chọn dữ liệu được gửi đến đường đầu ra và thường được sử dụng trong truyền thông hoặc các mạch chuyển mạng tốc độ cao như các ứng dụng LAN và Ethernet.
Một số IC ghép kênh có một bộ đệm đảo ngược duy nhất ( Cổng NOT ) được kết nối với đầu ra để cung cấp đầu ra logic tích cực (logic “1”, CAO) trên một đầu cuối và đầu ra logic âm miễn phí (logic “0”, LOW) bật một thiết bị đầu cuối khác.
Có thể tạo các mạch ghép kênh đơn giản từ các cổng AND và OR tiêu chuẩn như chúng ta đã thấy ở trên, nhưng các bộ ghép kênh / bộ chọn dữ liệu thường có sẵn dưới dạng các gói ic tiêu chuẩn như bộ ghép kênh thông dụng TTL 74LS151 8 đầu vào 1 dòng hoặc TTL 74LS153 Dual Bộ ghép kênh 4 đầu vào 1 dòng. Có thể thu được các mạch ghép kênh với số lượng đầu vào cao hơn nhiều bằng cách ghép nối hai hoặc nhiều thiết bị nhỏ hơn với nhau.
Tóm tắt về bộ ghép kênh
Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng Bộ ghép kênh là các mạch chuyển mạch chỉ chuyển đổi hoặc định tuyến tín hiệu qua chính chúng, và là một mạch tổ hợp chúng không có bộ nhớ vì không có đường phản hồi tín hiệu. Bộ ghép kênh là một mạch điện tử rất hữu ích được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như định tuyến tín hiệu, truyền thông dữ liệu và các ứng dụng điều khiển bus dữ liệu.
Khi được sử dụng với bộ phân kênh, dữ liệu song song có thể được truyền dưới dạng nối tiếp thông qua một liên kết dữ liệu duy nhất như cáp quang hoặc đường dây điện thoại và được chuyển đổi lại thành dữ liệu song song một lần nữa. Ưu điểm là chỉ cần một đường dữ liệu nối tiếp thay vì nhiều đường dữ liệu song song. Do đó, bộ ghép kênh đôi khi được gọi là “bộ chọn dữ liệu”, vì chúng chọn dữ liệu vào dòng.
Bộ ghép kênh cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu tương tự, kỹ thuật số hoặc video, với dòng chuyển mạch trong các mạch nguồn tương tự được giới hạn dưới 10mA đến 20mA trên mỗi kênh để giảm tản nhiệt.
Trong hướng dẫn tiếp theo về các thiết bị logic tổ hợp, chúng tôi sẽ xem xét các đảo ngược của Multiplexer gọi là demultiplexer mà phải mất một dòng đơn đầu vào và kết nối nó với nhiều dòng ghép kênh.
