Multipleksor

2/1 Multiplekseri skeem

Multiplekseri ja demultiplekseri tööpõhimõte

Jõuahela multiplekser, mille juhtimiseks kasutatakse demultiplekserit

Multiplekser (ka multiplekser) on kommutaator ehk valikulülitus, millel on mitu sisendit ja üks väljund. Sisendid jagunevad infosisenditeks ja juhtsisenditeks, kusjuures infosisendite arv määrab ära juhtsisendite arvu ning vastupidi. Vastavalt juhtsignaalile kommuteeritakse multiplekseri väljundisse signaal ühest infosisendist. Kommuteerivate infosisendite arv on 2ⁿ, kus n on juhtsignaalide arv. Järelikult saab kahe juhtsisendiga ehk kahebitise koodiga kommuteerida 4 sisendit, kolme juhtsisendiga 8 sisendit jne. Multiplekser saab olla digitaalne vooluring, mis koosneb loogikaahelatest, või analoogne seade, mis koosneb transistoritest, Isoleeritud paisuga väljatransistor (MOSFET) või releedest.

Tähistus

Multipleksereid nimetatakse vastavalt nende sisendite arvule. 2 sisendi ja ühe väljundiga multiplekserit nimetatakse kaks ühele multiplekserike ehk lühidalt 2:1 MUX. 4 sisendi puhul on tegemist 4:1 MUX- iga jne. multipleksereid saab ka omavahel kombineerida näiteks ühendades kahe 2:1 MUX-i väljundid ühte 4:1 MUX-i sisendise nii saab vahepealset tulemust kasutata ka mõne muu protsessi läbiviimseks. Elektriskeemidel tähistatakse multipleksereid kas ristkülikuna või trapetsina, kuhu lisatakse n arv sisendeid, mida tähistatakse suure I tähe ning vastava numbrilise indeksiga (0-st kuni n-1), väljundit tähistatakse Y tähega ning juhtsignaale S ning vastava numbrilise indeksiga (0-st kuni n-1). Lisaks võib multiplekseril olla ka tööd lubav signaal (enable-signaal), mida tähistatakse E tähega. Kui enable-signaal on mitte aktiivses olekus ehk väärtusega 0, siis läheb multiplekserist läbi väärtus 0, kui enable-signaali väärtus on 1, toimib multiplekser vastavalt sisendsignaali väärtustele

Tõeväärtuste tabel

E	S0	S1	Y
0	-	-	0
1	0	0	I0
1	0	1	I1
1	1	0	I2
1	1	1	I3

Ajalugu

Multiplekseri idee alged pärinevad 19. sajandi teisest poolest, kui hakati ehitama telegraafiliine, nende vajalikkus põhineb soovil teha side liine, kus saaks korraga ja sama suunaliselt edastada mitmeid sõnumeid, kuid korraga kuulata ehk vastu võtta saaks neid ükshaaval. 1874. aastal leiutas Thomas Edison dipleksimise süsteemi, mille abil sai liigutada kahte sõnumit samal ajal, samal liinil, samase sihtkohta ehk infot sai liigutada sama kiirusega aga kaks korda rohkem. 1894. aastal leiutas prantslane Jean-Maurice-Émile Baudot aja jaotusega multiplekseri, mille abil sai ühe telegraafi liini peal saata korraga mitmeid sõnumeid jaotades neid erinevate aegade peale laiali.

Tööpõhimõte

Multiplekseri põhi idee on analoogne lüliti, mille puhul sisend lülitatakse kas välja või sisse. Lülituse siseneb mitu erinevad sisend signaali ning seejärel tehakse vastavalt nende olekule valik, milline sisse tulnud signaalidest saadetakse edasi väljundise, kusjuures sisendite vahel liigutakse konkreetses järjekorras ehk liigutakse alates esimesest sisendist kuni sobivani ning seejärel need ühendatakse. Lülituse puhul saab korraga ainult 1 sisenditest olla väärtusega 1 ning sisendeid saab muuta ainult manuaalselt. digitaalse variandi puhul lisanduvad multiplekserisse juhtsignaalid, mis teevad valiku ise ära näiteks 4 sisendi puhul on vaja kahte juhtsignaali, kui mõlema juhtsignaali väärtused on nullid siis valitakse kõige esimene sisend, kui esimese juhtsignaali väärtus on 0 ning teisel 1 valitakse teine sisend jne. Ehk mida suurem on juhtsignaalidest tulenev signaali väärtus seda tagumisem sisend valitakse.

Signaalide kombineerimine

Lisaks mitmest signaalist ühe konkreetse signaali valimisele edasiseks töötlemiseks on multiplekseri abil võimalik ka mitmest signaalist üks kindel kombineeritud signaal tekitada. Selleks tuleb anda juhtsignaale ette pikkema bitijadana. Näiteks jada esimeste bittide juures on mõlema juhtsignaali väärtused nullid siis alustatakse uue väljund jada tekitamist esimese sisendsignaali väärtusega. Seejärel kui teise juhtsignaali järgmine jada element on 1 ning esimesel 0 siis kombineeritud väljundi teiseks liikmeks tuleb 1.

Näide

Juhtsignaalid: S0= 10110110 ja S1=00101101 ning sisenditeks on S0=10101010 S1=00001000 S2=11101111 ja S3=10011010 siis võttes juhtsignaalide esimesed bittid 1 ja 0 saame, et väljundsignaali esimene bitt on sisendsignaal 2 esimene bitt ehk 1 järgmised juhtsignaalide numbrid on mõlemad nullid seega saame väljundi järgmisele kohale 0 sisendi teise numbri ehk 0 sama loogikat edasi jälgides saame väljundsignaali Y= 10001001

Liigitus

Analoogseid multipleksereid jaotatakse vastavalt tööpõhimõttele sagedus (FDM) ja lainepikkuse (WDM) multiplekseriteks, millest esimene filtreerib erinevatest sagedustest välja sobiva. Või vahetab vastavalt juhtsignaalidele iga mingi aja tagant sagedust. Sageduse multiplekserit kasutatakse üldjuhul pildi ja heli signaalide edastamisel Lainepikkuse multiplekser valib mitme erineva lainepikkuse vahelt sobiva. Näiteks et saada mitmest erinevast nähtava valguse värvist üks kindel värv.

Digitaalseid multipleksereid liigitatakse aja järgi. Ajajaotusega multiplekser – multiplekser, millega jaotatakse erinevad signaalid väikesteks tükkideks, mille abil saab neid edastada kiiresti ja objektiivselt, kasutades selleks vaid ühte infokanalit. Ajajaotusega multiplekser jaguneb omakorda sünkroonseks ja eba sünkroonseks. Millest esimese puhul jaotatakse igasse fragmenti võrdse pikkusega signaal, tükeldades signaale iga kindla aja tagant. Asünkrootse ajajaotus multiplekseri puhul pole kell oluline ning seega võivad signaali jupid olla erineva pikkusega.

Demultiplekser

Demultiplekser on multiplekseri vastand operatsioon, ehk loogiga ahel, mille abil saab teha ühest signaalist mitu erinevat signaali. Sarnaselt multiplekseriga on ka siin juhtsignaalid, mis näitavad millisesse väljundise, millisel ajahetkel milline signaal sadetakse, näiteks kui juhtsignaalid (nullist lugedes annavad kokku binaarse ahela 111, siis sellisel juhul saadetakse signaal kaheksandasse väljundisse (ehk Y7), lisaks on ka enable-signaal, mis näitab kas protsessi on lubatud toimuda või mitte. Kui enable-signaali väärtuseks on 0 siis on ka kogu protsessi tulemuseks 0. juhul kui see on 1 saab protsess toimuda. Demultiplekseri juhtsignaalide arv sõltub väljundite arvust. 2 väljundi puhul on vaja ühte juhtsignaali, nelja puhul kahte, kaheksa puhul kolme. jne Kuna juhtsignaali väärtus on kas 1 või null saab vaadata väljundite arvu, kui vaadata, mis on maksimaalne kümnend süsteemis arv ning sellele liita 1, mida saab juhtsignaalide hulgaga tekitada. Näiteks kui juhtsignaale on 4 ehk seega maksimaalne arv on 1+2+4+8=15 kuna väljundite tähistamist alustatakse väljundist Y0 siis tuleb siia 1 juurde liita ning selgub, et nelja juhtsignaaliga saab anda 16 erinevat väljundit.

Eelised

multiplekserite kasutamine hoiab kokku juhtme kulu näiteks programmis, kus on vaja teha sama protsessi erinevate sisenditega saab multiplekseri abil valida vajaliku variandi ja töötada sellega, mitte teha sama elektriahelat erinevate sisenditega mitu korda. Vooluringis korduste vähendamine lihtsustab süsteemi ehitamist ning hoiab kokku erinevate komponentide kuludelt.

Kasutusalad

Multipleksereid saab kasutada paljudes kohtades, kus on vaja mitmest erinevast signaalist saada üks kindel signaal

• elektroonika seadmete (arvutid, nutitelefonid, andmekandjad jms) mälust lugemine – kui on vaja mälust lugeda mingit kindlat infot, siis saab lasta hulka infot multiplekserisse ning sealt juhtsignaalide abil võtta välja see osa, mida konkreetselt vaja läheb.

• Telefonivõrk – et edastada mitmeid erinevaid helisignaale samadel liinidel. Õige sisend peab jõudma õige kuulajani.

• Andmevahetus ühelt seadmelt teisele – kui on vaja konkreetset osa infost kas seadmesiseselt või kahe seadme vahel edasi anda.

• Signaalikombineerimine – saamaks mitmest erinevast signaalist ühte kokkupandud signaali.

• raadio – raadiojaamade erinevate sageduste vahel saab kuulaja manuaalselt vahetada endale meelepärasema.

Vaata ka

• demultiplekser (ka demultiplekser)