Multiplexador

Em eletrônica, um multiplexador (ou Mux; ortografia às vezes como multiplexador), também conhecido como um seletor de dados, é um dispositivo que seleciona entre vários sinais de entrada analógicos ou digitais e encaminha a entrada selecionada para uma única linha de saída. A seleção é dirigida por um conjunto separado de entradas digitais conhecidas como linhas selecionadas. Um multiplexer de ${\displaystyle 2^{n}}$ entradas tem $Não.$ selecionar linhas, que são usadas para selecionar qual linha de entrada para enviar para a saída.

Um multiplexador possibilita que vários sinais de entrada compartilhem um dispositivo ou recurso, por exemplo, um conversor analógico-digital ou um meio de transmissão de comunicação, em vez de ter um dispositivo por sinal de entrada. Os multiplexadores também podem ser usados para implementar funções booleanas de várias variáveis.

Por outro lado, um demultiplexer (ou Demux ) é um dispositivo que recebe uma única entrada e selecionando sinais da saída do compatível mux , que está conectado à entrada única e uma linha de seleção compartilhada. Um multiplexador é frequentemente usado com um desmultiplexador complementar na extremidade receptora.

Um multiplexer eletrônico pode ser considerado como um interruptor de entrada múltipla, single-output, e um demultiplexer como um interruptor de entrada única e de saída múltipla. O símbolo esquemático para um multiplexer é um trapezóide isosceles com o lado paralelo mais longo contendo os pinos de entrada e o lado paralelo curto contendo o pino de saída. O esquema à direita mostra um multiplexer de 2 a 1 à esquerda e um interruptor equivalente à direita. O $Não.$ o fio conecta a entrada desejada à saída.

APLICAÇÕES

Os multiplexadores fazem parte dos sistemas de computador para selecionar dados de uma fonte específica, seja um chip de memória ou um periférico de hardware. Um computador usa multiplexadores para controlar os dados e endereçar barramentos, permitindo ao processador selecionar dados de várias fontes de dados

Nas comunicações digitais, os multiplexadores permitem várias conexões em um único canal, conectando a saída única do multiplexador à entrada única do desmultiplexador (multiplexação de divisão de tempo). A imagem à direita demonstra esse benefício. Nesse caso, o custo da implementação de canais separados para cada fonte de dados é maior que o custo e o inconveniente de fornecer as funções multiplexador/desmultiplexação.

Na extremidade receptora do link de dados, um desmultiplexador complementar geralmente é necessário para quebrar o fluxo de dados único nos fluxos originais. Em alguns casos, o sistema de extremidade mais distante pode ter funcionalidade maior que um simples desmultiplexador; E embora a desmultiplexação ainda ocorra tecnicamente, pode nunca ser implementada discretamente. Esse seria o caso quando, por exemplo, um multiplexador serve a vários usuários de rede IP; e depois se alimenta diretamente de um roteador, que lê imediatamente o conteúdo de todo o link em seu processador de roteamento; e então faz a desmultiplexação na memória de onde será convertida diretamente em seções IP.

Freqüentemente, um multiplexador e desmultiplexador são combinados em uma única peça de equipamento, que é simplesmente referida como um multiplexador . Ambos os elementos de circuito são necessários nas duas extremidades de um link de transmissão, porque a maioria dos sistemas de comunicação transmitem em ambas as direções.

No projeto do circuito analógico, um multiplexador é um tipo especial de comutador analógico que conecta um sinal selecionado de várias entradas a uma única saída.

Multiplexadores digitais

No design de circuito digital, os fios seletores são de valor digital. No caso de um multiplexer de 2 a 1, um valor lógico de 0 seria conectar $Não. I_{0}}$ para a saída enquanto um valor lógico de 1 se conectaria $Não. I_{1}}$ para a saída. Em multiplexers maiores, o número de pinos seletores é igual a ${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$ Onde? $Não.$ é o número de entradas.

Por exemplo, 9 a 16 entradas exigiriam nada menos que 4 pinos seletores e 17 a 32 entradas exigiriam nada menos que 5 pinos seletoros. O valor binário expresso nesses pinos seletor determina o pino de entrada selecionado.

Um multiplexer de 2 a 1 tem uma equação booleana onde $Não. A.$ e $Não.$ são as duas entradas, $Não. S_{0}}$ é a entrada do seletor, e $Não.$ é a saída:

${\displaystyle Z=(A\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge S_{0})}$ ou

$(A.{\overline {S_{0}}})+(B.S_{0})}$

que pode ser expresso como uma tabela de verdade:

$Não. S_{0}}$	$Não. A.$	$Não.$	$Não.$
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	1

Ou, em notação mais simples:

$Não. S_{0}}$	$Não.$
0	A
1	B

Essas tabelas mostram que quando $Não. S_{0}=0}$ então $- Sim.$ mas quando $Não. S_{0}=1$ então $Não. Z=B$. Uma realização direta deste multiplexer de 2 a 1 precisaria de 2 portas E, um portão OR, e um portão NÃO. Embora isso seja matematicamente correto, uma implementação física direta seria propensa a condições de corrida que exigem portões adicionais para suprimir.

multiplexers maiores também são comuns e, como indicado acima, exigem ${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$ pinos de seletor para $Não.$ entradas. Outros tamanhos comuns são 4-para-1, 8-para-1 e 16-para-1. Uma vez que a lógica digital usa valores binários, os poderes de 2 são usados (4, 8, 16) para controlar maximamente um número de entradas para o número dado de entradas seletor.

• 
  4 para 1 mux
• 
  8 a 1 mux
• 
  16 a 1 mux

A equação booleana para um multiplexador 4 para 1 é:

$Não. Z=(A\wedge \neg {S_{1}}\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge \neg S_{1}\wedge S_{0})\vee (C\wedge S_{1}\wedge \neg S_{0})\vee (D\wedge S_{1}\wedge S_{0})})}$ ou

$(A. {S_{1}}}.{\overline {S_{0}}})+(B.{\overline {S_{1}}}.S_{0})+(C.S_{1}.{\overline {S_{0}}})+(D.S_{1}.S_{0})}$

que pode ser expresso como uma tabela de verdade:

$Não. S_{1}}$	$Não. S_{0}}$	$Não.$
0	0	A
0	1	B
1	0	C
1	1	D

O seguinte multiplexador 4 para 1 é construído a partir de buffers e portões de 3 estados (os portões e os portões estão agindo como decodificador):

Os subscritos no $Não. I_{n}}$ entradas indicam o valor decimal das entradas de controle binário em que essa entrada é deixada.

Multiplexadores de encadeamento

Multiplexadores maiores podem ser construídos usando multiplexadores menores, encadeando -os. Por exemplo, um multiplexador de 8 a 1 pode ser feito com dois multiplexadores de 4 para 1 e um 2 para 1. As duas saídas de multiplexador de 4 a 1 são alimentadas no 2 para 1 com os pinos seletores nos 4 para 1 39 anos, colocados em paralelo, fornecendo um número total de entradas de seletor a 3, o que é equivalente a um 8 para 1.

Lista de ICs que fornecem multiplexação

Para números de peça da série 7400 na tabela a seguir, " x " é a família lógica.

Demultiplexadores digitais

Demultiplexadores recebem uma entrada de dados e várias entradas de seleção, e eles têm várias saídas. Eles encaminham a entrada de dados para uma das saídas, dependendo dos valores das entradas de seleção. Às vezes, os desmultiplexadores são convenientes para projetar a lógica de uso geral, porque se a entrada do desmultiplexador é sempre verdadeira, o desmultiplexador atua como um decodificador binário. Isso significa que qualquer função dos bits de seleção pode ser construída logicamente ou o conjunto correto de saídas.

Se x é a entrada e S é o seletor, e A e B são as saídas:

$$Não. A=(X\wedge \neg S)}$$

$$Não. B=(X\wedge S)}$$

Lista de ICs que fornecem desmultiplexação

Para números de peça da série 7400 na tabela a seguir, " x " é a família lógica.

Multiplexadores bidirecionais

Multiplexadores bidirecionais são construídos usando interruptores analógicos ou portões de transmissão controlados pelos pinos de seleção. Isso permite que os papéis da entrada e saída sejam trocados, para que um multiplexador bidirecional possa funcionar tanto como um desmultiplexador quanto no multiplexador.

Multiplexadores como PLDs

Os multiplexadores também podem ser usados como dispositivos lógicos programáveis, para implementar funções booleanas. Qualquer função booleana de variáveis n e um resultado pode ser implementado com um multiplexador com entradas seletoras n . As variáveis são conectadas às entradas do seletor, e o resultado da função, 0 ou 1, para cada combinação possível de entradas seletors é conectada à entrada de dados correspondente. Se uma das variáveis (por exemplo, d ) também estiver disponível invertida, um multiplexador com entradas seletor de n -1 for suficiente; As entradas de dados são conectadas a 0, 1, d ou ~ d , de acordo com a saída desejada para cada combinação das entradas seletor.

Uso não convencional de multiplexadores para aritmética

Multiplexadores encontraram aplicação em computação estocástica não convencional (SC), particularmente para facilitar a adição aritmética. Nesse paradigma, os dados são representados como uma corrente de probabilidade onde o número de ' 1 ' bits significa a magnitude de um valor. Assim, a função de um multiplexador 2 para 1 pode ser conceituada como uma função de probabilidade indicada como:

${\displaystyle y=P(a)\times P(1-s)+P(b)\times P(s)}$

, onde A e B são o BitStream de entrada e S é a entrada de seleção. Usando o rendimento de entrada de entrada = 0,5:

${\displaystyle y={\frac {P(a)+P(b)}{2}}}$

Embora essa abordagem não gire a adição exata, mas sim uma adição em escala, ela é considerada aceitável na maioria dos estudos de SC. Os multiplexadores são amplamente utilizados para tarefas como adição média, agrupamento médio e filtragem mediana nos circuitos SC. Além disso, aplicações mais sofisticadas dos multiplexadores incluem servir como gerador de funções polinomiais de Bernstein, capaz de produzir funções matemáticas arbitrárias no domínio SC. Pesquisas recentes também revelaram que as combinações de multiplexadores podem facilitar a operação multiplicar-acumular em larga escala, demonstrando viabilidade na aceleração da rede neural convolucional em matrizes de portões programáveis em campo.