멀티플렉서
멀티플렉서는 여러 입력 라인 중 하나를 단일 공통 출력 라인으로 전환하도록 설계된 조합 논리 회로입니다.
멀티플렉싱은 공통 전송 회선을 통해 서로 다른 시간이나 속도로 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 신호를 보내는 작업을 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어입니다. 따라서 이러한 작업을 수행하는 데 사용하는 장치를 멀티플렉서라고 합니다.
"MUX" 또는 "MPX"로 단축되는 멀티플렉서는 제어 신호를 적용하여 여러 입력 라인 중 하나를 단일 공통 출력 라인으로 전환하도록 설계된 조합 논리 회로입니다. 멀티플렉서는 "채널"이라고 불리는 여러 입력 라인을 한 번에 하나씩 출력에 연결하거나 제어하는 매우 빠르게 작동하는 다중 위치 회전 스위치처럼 작동합니다.
멀티플렉서(MUX)는 디지털 또는 이진 데이터를 전환하는 데 사용되는 고속 논리 게이트로 만들어진 디지털 회로이거나 전압 또는 전류 입력 중 하나를 단일 출력으로 전환하기 위해 트랜지스터, MOSFET 또는 릴레이를 사용하는 아날로그 유형일 수 있습니다.
멀티플렉서 장치의 가장 기본적인 유형은 그림과 같이 단방향 회전 스위치의 유형입니다.
기본 다중화 스위치
스위치의 각 층이 웨이퍼로 알려져 있기 때문에 웨이퍼 스위치라고도 불리는 로터리 스위치는 샤프트를 회전시켜 입력을 선택하는 기계 장치입니다. 즉, 로터리 스위치는 입력을 "ON" 또는 "OFF"로 전환하기만 하면 개별 데이터 또는 신호 라인을 선택하는 데 사용할 수 있는 수동 스위치입니다. 그렇다면 디지털 장치를 사용하여 어떻게 각 데이터 입력을 자동으로 선택할 수 있습니까?
디지털 전자 장치에서 멀티플렉서는 각 입력 라인을 "선택"할 수 있기 때문에 데이터 선택기로도 알려져 있으며 일반적인 기존 스위치 및 릴레이와 같은 "기계식" 유형 선택기와 달리 단일 IC 패키지에 포함된 개별 아날로그 스위치로 구성됩니다.
이는 회로 설계에 필요한 논리 게이트 수를 줄이는 방법 중 하나이거나 두 개 이상의 서로 다른 디지털 신호를 전달하기 위해 단일 데이터 라인 또는 데이터 버스가 필요한 경우에 사용됩니다. 예를 들어 단일 8채널 멀티플렉서입니다.
일반적으로 멀티플렉서의 각 입력 라인 선택은 제어 라인 이라고 하는 추가 입력 세트에 의해 제어되며 이러한 제어 입력의 이진 조건("HIGH" 또는 "LOW")에 따라 적절한 데이터 입력이 직접 연결됩니다. 산출. 일반적으로 멀티플렉서는 짝수 개의 2n 데이터 입력 라인과 데이터 입력 수에 해당하는 "제어" 입력 수를 갖 습니다 .
멀티플렉서는 Encoder 와 작동 방식이 다릅니다 . 인코더는 n비트 입력 패턴을 활성 입력과 동일한 BCD(이진 코드) 출력을 나타내는 여러 출력 라인으로 전환할 수 있습니다.
그림과 같이 기본 논리 NAND 게이트에서 간단한 2라인 대 1라인(2-1) 멀티플렉서를 구축할 수 있습니다.
2입력 멀티플렉서 설계
표준 NAND 게이트로 구성된 이 간단한 2-1 라인 멀티플렉서 회로의 입력 A는 Q 에서 출력으로 전달되는 입력(I 0 또는 I 1 )을 제어하는 역할을 합니다 .
위의 진리표에서 데이터 선택 입력 A가 논리 0에서 LOW일 때 입력 I 1은 NAND 게이트 멀티플렉서 회로를 통해 출력으로 데이터를 전달하는 반면 입력 I 0 은 차단된다는 것을 알 수 있습니다. 데이터 선택 A가 논리 1에서 HIGH이면 그 반대가 발생하고 이제 입력 I 1이 차단되는 동안 입력 I 0이 출력 Q로 데이터를 전달합니다 .
따라서 A에 논리 "0" 또는 논리 "1"을 적용하면 단극 쌍투(SPDT) 스위치처럼 작동하는 회로를 사용하여 적절한 입력 I 0 또는 I 1 을 선택할 수 있습니다.
제어 라인이 하나뿐이므로 (A) 2개의 1 입력만 전환할 수 있으며 이 간단한 예에서 2입력 멀티플렉서는 2개의 1비트 소스 중 하나를 공통 출력에 연결하여 2:1 출력을 생성합니다. -라인 멀티플렉서. 다음 부울 표현식에서 이를 확인할 수 있습니다.
Q = AI 0 .I 1 + A .I 0 .I 1 + AI 0 .I 1 + AI 0 .I 1
위의 2입력 멀티플렉서 회로의 경우 이 역시 단순화될 수 있습니다.
Q = A .I 1 + AI 0
동일한 절차를 따르기만 하면 선택할 데이터 입력 수를 추가로 늘릴 수 있으며 더 작은 2:1 멀티플렉서를 기본 구성 블록으로 사용하여 더 큰 멀티플렉서 회로를 구현할 수 있습니다. 따라서 4입력 멀티플렉서의 경우 4입력이 2 2개의 데이터 제어 라인을 나타내기 때문에 2개의 데이터 선택 라인이 필요합니다. 이는 4개의 입력 I 0 , I 1 , I 2 , I 3 및 2개의 데이터 선택 라인 A 및 2가 있는 회로를 제공합니다. 그림과 같이 B.
4-to-1 채널 멀티플렉서
입력 A ~ D 와 데이터 선택 라인 a, b가 있는 위의 4-to-1 멀티플렉서 에 대한 부울 표현식은 다음과 같습니다.
Q = ab A + a b B + a bC + abD
이 예에서는 임의의 한 순간에 4개의 아날로그 스위치 중 하나만 닫혀 입력 라인 A ~ D 중 하나만 Q 의 단일 출력에 연결됩니다 . 어떤 스위치가 닫혀지는지는 " a " 및 " b " 행의 주소 지정 입력 코드에 따라 달라집니다.
따라서 이 예에서 입력 B를 Q 의 출력으로 선택하려면 이진 입력 주소는 " a " = 논리 "1"이고 " b " = 논리 "0" 이어야 합니다 . 따라서 우리는 표시된 대로 데이터 선택 비트의 함수로서 멀티플렉서를 통해 데이터 선택을 표시할 수 있습니다.
멀티플렉서 입력 라인 선택
더 많은 제어 주소 라인을 추가하면 (n) 멀티플렉서가 2n개의 입력을 전환할 수 있으므로 더 많은 입력을 제어할 수 있지만 각 제어 라인 구성은 하나의 입력만 출력에 연결합니다.
그런 다음 개별 논리 게이트를 사용하여 위의 부울 표현식을 구현하려면 표시된 대로 AND , OR 및 NOT 게이트 로 구성된 7개의 개별 게이트를 사용해야 합니다 .
논리 게이트를 사용한 4채널 멀티플렉서
멀티플렉서를 식별하기 위해 논리 다이어그램에 사용되는 기호는 다음과 같습니다.
멀티플렉서 기호
멀티플렉서는 여러 개의 서로 다른 입력 라인이나 채널을 하나의 공통 단일 출력으로 전환하는 것에만 국한되지 않습니다. 또한 입력을 다중 출력으로 전환할 수 있고 배열 또는 4대 2, 8대 3 또는 심지어 16대 4 등 구성을 가질 수 있는 유형과 간단한 듀얼 채널 4 입력 멀티플렉서(4- ~-2)는 아래와 같습니다.
4-2채널 멀티플렉서
이 예에서는 4개의 입력 채널이 2개의 개별 출력 라인으로 전환되지만 더 큰 배열도 가능합니다. 예를 들어 이 간단한 4-2 구성은 스테레오 프리앰프나 믹서의 오디오 신호를 전환하는 데 사용할 수 있습니다.
조정 가능한 증폭기 이득
단일 전송 라인이나 연결을 통해 직렬 형식으로 병렬 데이터를 보내는 것 외에도 다중 채널 멀티플렉서를 사용할 수 있는 또 다른 용도는 믹서와 같은 디지털 오디오 애플리케이션이나 아날로그 증폭기의 이득을 디지털 방식으로 제어할 수 있는 경우입니다.
디지털 조정 가능한 증폭기 이득
여기서 반전 연산 증폭기의 전압 이득은 연산 증폭기 튜토리얼에서 결정된 입력 저항 R IN 과 피드백 저항 Rf 사이의 비율에 따라 달라집니다 .
4-1 채널 멀티플렉서로 구성된 단일 4채널(쿼드) SPST 스위치는 저항기와 직렬로 연결되어 Rf 값을 변경하기 위한 피드백 저항기를 선택합니다 . 이들 저항기의 조합에 따라 증폭기의 전체 전압 이득( Av )이 결정됩니다. 그런 다음 적절한 저항기 조합을 선택하기만 하면 증폭기의 전압 이득을 디지털 방식으로 조정할 수 있습니다.
디지털 멀티플렉서는 출력 라인으로 전송될 데이터를 선택하고 LAN 및 이더넷 애플리케이션과 같은 통신 또는 고속 네트워크 스위칭 회로에 일반적으로 사용되므로 "데이터 선택기"라고도 합니다.
일부 멀티플렉서 IC에는 한 단자에 양의 논리 출력(논리 "1", HIGH)을 제공하고 터미널에 무료 음의 논리 출력(논리 "0", LOW)을 제공하기 위해 출력에 연결된 단일 반전 버퍼( 게이트 아님 )가 있습니다. 또 다른 터미널.
위에서 본 것처럼 표준 AND 및 OR 게이트에서 간단한 멀티플렉서 회로를 만드는 것이 가능하지만 일반적으로 멀티플렉서/데이터 선택기는 공통 TTL 74LS151 8입력에서 1라인 멀티플렉서 또는 TTL 74LS153 Dual과 같은 표준 IC 패키지로 사용할 수 있습니다. 1라인 멀티플렉서에 대한 4입력. 훨씬 더 많은 수의 입력을 가진 멀티플렉서 회로는 두 개 이상의 작은 장치를 함께 계단식으로 연결하여 얻을 수 있습니다.
멀티플렉서 요약
그런 다음 멀티플렉서는 신호를 자체적으로 전환하거나 라우팅하는 스위칭 회로이며, 신호 피드백 경로가 없기 때문에 메모리가 없는 조합 회로임을 알 수 있습니다 . 멀티플렉서는 신호 라우팅, 데이터 통신 및 데이터 버스 제어 애플리케이션과 같은 다양한 애플리케이션에 사용되는 매우 유용한 전자 회로입니다.
디멀티플렉서와 함께 사용하면 병렬 데이터는 광섬유 케이블이나 전화선과 같은 단일 데이터 링크를 통해 직렬 형식으로 전송될 수 있으며 다시 한번 병렬 데이터로 변환될 수 있습니다. 장점은 여러 개의 병렬 데이터 라인 대신 단 하나의 직렬 데이터 라인만 필요하다는 것입니다. 따라서 멀티플렉서는 라인에 대한 데이터를 선택하므로 "데이터 선택기"라고도 합니다.
멀티플렉서는 아날로그, 디지털 또는 비디오 신호를 전환하는 데에도 사용할 수 있으며, 열 방출을 줄이기 위해 아날로그 전원 회로의 스위칭 전류를 채널당 10mA~20mA 미만으로 제한합니다.
조합 논리 장치에 대한 다음 튜토리얼에서는 단일 입력 라인을 가져와 여러 출력 라인에 연결하는 디멀티플렉서(Demultiplexer)라는 멀티플렉서 의 반대 버전을 살펴보겠습니다 .