8-900-374-94-44
Широкое применение в цифровых устройствах находят микросхемы мультиплексоров, используемые для коммутации двоичных сигналов.
Мультиплексор КП7 имеет восемь информационных входов D0 — D7, три адресных входа 1, 2, 4 и вход стробирования S (рис. 105). У микросхемы два выхода — прямой и инверсный. Если на входе стробирования лог. 1, на прямом выходе 0 независимо от сигналов на других входах. Если на входе стробирования лог. 0, сигнал на прямом выходе повторяет сигнал на том входе, номер которого совпадает с десятичным эквивалентом кода на входах 1,2,4 мультиплексора. На инверсном выходе сигнал всегда противофазен сигналу на прямом выходе.
Наличие входа стробирования позволяет простыми средствами строить мультиплексоры на большее число входов. На рис. 106 приведена схема мультиплексора на 16 входов, на рис. 107 — на 64.
Мультиплексор К155КП5 (рис. 105) в отличие от КП7 имеет лишь инверсный выход и не имеет входа стробирования.
Микросхема К155КП1 (рис. 105) содержит четыре адресных входа 1,2,4,8; 16 информационных входов D0 — D15 и вход стробирования S. Выход у этой микросхемы только инверсный. Все свойства и способы включения у нее такие же, как и у КП7.
Микросхема КП2 (рис. 105) содержит два мультиплексора на четыре информационных входа D0 — D3 с отдельными входами стробирования, объединенными адресными входами и прямыми выходами.
Микросхема КП11 (рис. 105) — четыре двухвходовых мультиплексора с общим управлением и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. При лог. 0 на адресном входе А на выход каждого мультиплексора проходит сигнал со входа D0, при лог. 1 -с входа D1. Выходы микросхемы активны при лог. 0 на входе ЕО.
Подача лог 1 на вход ЕО переводит выходы в высокоимпедансное состояние.
Микросхема КП12 (рис. 105) — два четырехвходовых мультиплексора с общим управлением и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. На выход каждого мультиплексора проходит сигнал со входа с номером, соответствующим десятичному эквиваленту двоичного кода, поданного на адресные входы 1 и 2. Каждый мультиплексор имеет свой вход перевода выхода в высокоимпедансное состояние ЕО, действующий подобно входу ЕО микросхемы К555КП 11.
Микросхема КП13 (рис. 105) — четыре двухвходовых мультиплексора с общим управлением и регистром хранения на выходе (похожа на микросхему КР531ИР20). На входы регистра поступают сигналы со входов D0 микросхемы, если на адресном входе А лог. 0 и со входов D1, если на входе А лог. 1. Запись в регистр производится по спаду импульса положительной полярности на входе С.
Микросхема КП14 (рис. 105) аналогична микросхеме К555КП11, но инвертирует мультиплексируемые сигналы.
Микросхема КП15 (рис. 105) — восьмивходовый мультиплексор с прямым и инверсным выходом и с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. При лог. 0 на входе ЕО на выходы проходит сигнал с того входа, номер которого соответствует десятичному эквиваленту кода, поданного на адресные входы 1, 2, 4. На инверсный выход сигнал проходит с инверсией. Подача лог. 1 на вход ЕО переводит и прямой, и инверсный выходы в высокоимпедансное состояние.
Микросхема КП16 (рис. 105) — четыре двухвходовых стробируемых мультиплексора. Логика ее работы аналогична логике работы микросхемы КП11, однако подача лог. 1 на вход S переводит выходы микросхемы в состояние лог. 0 независимо от состояния информационных и адресного входов.
Микросхема КР533КП17 (рис. 105) аналогична микросхеме КП12, но инвертирует мультиплексируемые сигналы.
Микросхема КП18 (рис. 105) аналогична КП16, но инвертирует мультиплексируемые сигналы. Подача лог. 1 на вход S микросхемы устанавливает выход в состояние лог. 1 независимо от состояния других входов.
Микросхема КР1533КП19 (рис. 105) функционирует аналогично КП2, но инвертирует мультиплексируемые сигналы. Вход S этой микросхемы действует аналогично такому же входу КП18.
Наиболее полный набор мультиплексоров входит в серию микросхем КР1533 — счетверенные мультиплексоры на два входа, сдвоенные на четыре входа и мультиплексоры на восемь входов, причем в каждой из этих групп есть мультиплексоры со стандартным выходом — КР1533КП16, КР1533КП2, КР1533КП17, с инверсным выходом — КР1533КП18, КР1533КП19, КР1533КП7, с выходом с высокоимпедансным состоянием — КР1533КП11, КР1533КП12, КР1533КП15, с инверсным выходом с высокоимпедансным состоянием — КР1533 КП14, КР1533КП17, КР1533КП15.
Нагрузочная способность мультиплексоров КР1533КП2, КП7, КП11А, КП12, КП14А, КП15 составляет 12 мА в состоянии лог. 0 при выходном напряжении 0,4 В и 0,4 мА в состоянии лог. 1 при вы ходном напряжении 2,4 В, мультиплексоров КР1533КП16, КП17, КП18, КП19 аналогична той, что у микросхемы КР1533ИР22. Нагрузочная способность мультиплексоров серии КР531, выходы которых могут переводиться в высокоимпедансное состояние, составляет 20 мА в состоянии лог. 0 и 6,5 мА в состоянии лог. 1 при выходном напряжении 2,4 В.
Возможность перевода выходов мультиплексоров КП11, КП12, КП14, КП15 и КП17 в высокоимпедансное состояние облегчает объединение микросхем для увеличения числа входов. На рис. 108 показано преобразование мультиплексоров микросхемы КП12 в один на восемь входов, на рис. 109 — на 64 входа.
Назначение выводов микросхем КП12 и К155КП2, КП15 и К155КП7 совпадает за исключением входов перевода выходов микросхем в высокоимпедансное состояние. Это позволяет в большинстве случаев использовать микросхемы КП12 и КП15 взамен указанных микросхем серии К155 без переработки печатных плат.
riostat.ru
Мультиплексором (MUX) называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входных шин на одну выходную (бесконтактный многопозиционный переключатель). С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по разным каналам (коммутатор с
Функции демультиплексора противоположны функциям мультиплексора – это коммутатор с одного входа на n выходов.
Мультиплексоры и демультиплексоры в микросхемном исполнении имеют несколько групп входов. Число выходов мультиплексора один или два (мультиплексоры с парафазным выходом). Число выходов демультиплексора определяется числом адресных входов. Входы делятся на следующие группы: информационные, управления, адресные, разрешающие. Если адресных входов n, то число информационных входов мультиплексора D = 2n. Общее число входов мультиплексора равно
N = n + 2n + v + с,
где v – число разрешающих входов;
с – число управляющих входов;n – число адресных входов.
Кроме прямого назначения мультиплексор может использоваться для преобразования параллельного кода на входах в последовательный код на выходе. Для этого код на адресных входах должен циклически изменяться, принимая все последовательные значения. Такое изменение кода можно обеспечить, присоединив к адресным входам выходы счетчика, последовательно изменяющего свое состояние под действием импульсов генератора.
Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход Di, который будет соединен с выходом. Пример мультиплексора на два информационных входа представлен на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Мультиплексор 2 : 1
Наличие разрешающих входов расширяет возможности мультиплексора, позволяя синхронизировать его работу с работой других узлов. Эти входы используются также для наращивания разрядности. На рис. 9.2 представлены структура четырехвходового мультиплексора с одним разрешающим входом и условное графическое обозначение мультиплексора на восемь входов с одним инверсным разрешающим входом.
Работа мультиплексора 4:1 описывается следующим логическим уравнением:
Из уравнения следует, что структура мультиплексора состоит из 2nсхем совпадения, каждая из которых имеет n адресных, один информационный и один стробирующий вход, и одной схемы ИЛИ с 2n входами. Ее выход является выходом мультиплексора.
В интегральном исполнении мультиплексоры выпускают на четыре, восемь или шестнадцать входов. Большее число входов обеспечивается путем объединения нескольких микросхем. Используют два способа наращивания числа входов: объединение (каскадирование) нескольких мультиплексоров в пирамидальную (древовидную) систему и использование разрешающих входов с подключением дополнительных логических элементов.
Пирамидальные мультиплексоры строят по ступенчатому принципу и применяют обычно две, реже три и более ступеней (рис. 9.3). Младшие разряды кода адреса подают на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды кода адреса. На рис. 9.3 представлен вариант мультиплексора 32:1 на основе четырех мультиплексоров 8:1 в первой ступени и одного мультиплексора 4:1 во второй ступени.
а б
Рис. 9.2. Структура мультиплексора 4:1 (а) и условное графическое
обозначение мультиплексора 8:1 (б)
Недостатками пирамидального наращивания являются повышенный расход микросхем и снижение быстродействия из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.
Рис. 9.3. Пирамидальный двухступенчатый мультиплексор 32:1
Мультиплексор 32:1 можно получить на основе двух микросхем 16:1. Такая схема на базе двух мультиплексоров 155КП1 представлена на рис. 9.4.
Рис. 9.4. Мультиплексор с использованием разрешающих входов
Работа мультиплексоров КМОП серий отличается от работы мультиплексоров ТТЛ.
При работе с логическими элементами КМОП электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП-транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент И в качестве электронного ключа не используется. Упрощённая схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП-транзисторах, приведена на рис. 9.5. Даже одиночный n-канальный или p-канальный полевой транзистор может служить аналоговым ключом, но его сопротивление в открытом состоянии будет значительно зависеть от величины коммутируемого сигнала. Соединение n-канального и p-канального МОП-транзистора в параллель резко снижает эту зависимость.
Рис. 9.5. Схема электронного ключа, выполненного на МОП-транзисторах
Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет, обычно, от единиц до десятков Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП-транзисторах, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9.6.
Рис. 9.6. Мультиплексор, управляемый двоичным кодом
Как отмечено выше, мультиплексор на основе КМОП-транзисторов может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. Поскольку аналоговые сигналы, в общем случае, могут быть двуполярными, современные мультиплексоры могут быть запитаны как от однополярного, так и от двуполярного источника напряжения. Причём напряжения питания могут быть несимметричны. При любом варианте подключения питания (одно- или двуполярного) необходимо, чтобы диапазон амплитуд коммутируемых аналоговых сигналов укладывался в диапазон от –Uпит до + Uпит.
Реальные схемы мультиплексоров обычно содержат на входах и выходах дополнительные логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно и надёжно. Обычно эти элементы уже заложены в схемы серийно выпускаемых ИС мультиплексоров.
В мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно так же, как и в ТТЛ-микросхемах, для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рис. 9.6.
В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ-технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по КМОП-техно-логии.
Условное графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, т. е. КМОП-мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рис. 9.2.
Микросхемы К561КП1 и КР1561КП1 содержат по два четырехвходовых мультиплексора. Микросхемы имеют два адресных входа 1 и 2, общие для обоих мультиплексоров, общий вход стробирования S, информационные входы ХО – ХЗ первого мультиплексора и его выход, входы Y0 – Y3 второго мультиплексора и его выход. Два варианта изображения микросхемы КП1 приведены на рис. 9.7.
Рис. 9.7 Мультиплексоры К561КП1 и К1561КП1:
а – структурная схема; б – условное изображение
При подаче на адресные входы 1 и 2 двоичного кода адреса и на вход S логического 0 выходы мультиплексоров соединяются со входами, номера которых соответствуют десятичному эквиваленту кода адреса. Если на входе S логическая 1, выходы мультиплексоров отключаются от входов и переходят в высокоимпедансное состояние. Соединение входов с выходом в мультиплексорах К176КП1, К561КПЗ и КР1561КПЗ осуществляется двунаправленными ключами на КМОП-транзисторах, схемы которых аналогичны приведённым на рис. 9.5. Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Он может передаваться как со входов на выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с выхода распределяться на входы (режим демультиплексора).
Кроме подключения к выходу одного из входов, заданного его адресом, мультиплексоры применяют для мультиплексирования шин (см. рис. 8.5). Мультиплексирование шин – это поочередное переключение шин (групп линий) от нескольких источников информации к одному приемнику. Такие функции выполняются схемами на основе коммутаторов одиночных линий. Количество мультиплексоров определяется числом источников информации (количеством коммутируемых шин), а разрядность мультиплексоров – разрядностью коммутируемых шин.
studfiles.net
| Поиск по сайту | Микросхемы К176КТ1, К561КТЗ, КР1561КТЗ (рис. 250) содержат по четыре аналоговых ключа. Каждый ключ имеет три вывода — два информационных А и В и один управляющий С. При подаче лог. 0 на вход С информационные выводы разомкнуты между собой и паспортный ток утечки между ними не превышает 2 мкА (реально значительно меньше). При подаче лог. 1 на вход С сопротивление ключа уменьшается до нескольких сотен Ом. Это сопротивление нелинейно и зависит от напряжения между информационным выводом, на который подается входной сигнал, и общим проводом. Максимальное сопротивление ключ имеет при указанном напряжении, близком к половине напряжения питания, минимальное — при .напряжении, близком к нулю или напряжению питания. В табл. 9 приведены минимальное и максимальное сопротивление открытого ключа при изменении напряжения на его информационном входе при различных напряжениях питания. Как видно из таблицы, при напряжении питания 3…5 В ключ К176КТ1 может пропускать сигнал, лишь близкий к напряжению питания или нулю, то есть только цифровой сигнал. Аналоговый сигнал, меняющийся в диапазоне от нуля до напряжения питания, ключ К176КТ1 может пропускать лишь при напряжении питания 9…15 В. Для ключей микросхемы К561КТЗ диапазон напряжений питания, при котором возможно пропускание аналогового сигнала — от 5 до 15 В. Для получения малых нелинейных искажений при коммутации аналоговых сигналов сопротивление нагрузки должно иметь величину порядка 100 кОм и более. В любом случае амплитудные значения коммутируемого сигнала не должны быть выше напряжения источника питания и ниже нуля.
Микросхемы К561КП1 и КР1561КП1 содержат по два четырехвходовых мультиплексора. Микросхемы имеют два адресных входа 1 и 2, общие для обоих мультиплексоров, общий вход стробирования S, информационные входы ХО — ХЗ первого мультиплексора и его выход, входы Y0 — Y3 второго мультиплексора и его выход. Два варианта изображения микросхемы КП1 приведены на рис. 251. При подаче на адресные входы 1 и 2 двоичного кода адреса и на вход S лог. 0 выходы мультиплексоров соединяются со входами, номера которых соответствуют десятичному эквиваленту кода адреса. Если на входе S лог. 1, выходы мультиплексоров отключаются от входов и переходят в высокоимпедансное состояние. Соединение входов с выходом мультиплексора происходит аналогично соединению в микросхемах К176КТ1, К561КТЗ и КР1561КТЗ при помощи двунаправленных ключей на комплементарных МОП-транзисторах. Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым, он может передаваться как со входов на выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с выхода распределяться на входы (режим демультиплексора). Особенность микросхемы КП1 по сравнению с ранее рассмотренными ключами КТ1 и КТЗ — возможность коммутации аналоговых и цифровых сигналов с амплитудой от пика до пика, превышающей амплитуду входных управляющих сигналов, подаваемых на входы 1,2, S. Микросхема имеет три вывода для подачи напряжения питания -вывод 16 Uпит1, вывод 7 — Uпит2, вывод 8 — общий провод. Напряжение Uпит1 должно быть положительным и находиться в пределах от 3 до 15В, напряжение Uпит2 — равно нулю или отрицательное, сумма абсолютных величин Uпит1 и Uпит2 не должна превышать 15В. Входные управляющие сигналы должны иметь уровни Uпит1, (лог. 1) и 0 В (лог. 0), коммутируемые сигналы могут находиться в диапазоне от Uпит1 до Uпит2. В табл. 10 приведены некоторые возможные сочетания напряжений источников питания, управляющих сигналов, а также диапазон возможного изменения сопротивления открытого ключа мультиплексора. Максимальное сопротивление открытый ключ имеет при коммутируемом напряжении в середине допустимого диапазона напряжений, минимальное — на краях диапазона. Для увеличения числа каналов мультиплексоров-демультиплексоров можно применить объединение выходов различных микросхем между собой. На рис. 252 приведена схема соединения двух микросхем для получения двух восьмиканальных мультиплексоров — демультиплексоров. Код, подаваемый на входы 1, 2, 4, определяет, какой из входов ХО — Х7, YO — Y7 будет соединен с выходами Х и Y. Для получения большего числа каналов входами стробирования микросхем КП1 следует управлять от дешифратора КР1561ИД7, через инверторы от дешифраторов КР1561ИД6, К561ИД1 (рис. 253) или от счетчиков К561ИЕ8 или К561 ИЕ9. Если необходим один мультиплексор-демультиплексор на большее число входов, возможно последовательное соединение микро-схем. На рис. 254 приведена схема последовательного включения микросхем для организации устройства на 8 каналов, на рис. 255 -на 16 каналов. Вторую ступень мультиплексирования можно выполнить на микросхемах К176КТ1, К561КТЗ или КР1561КТЗ. Для примера на рис. 256 приведена схема мультиплексора-демультиплексора на 8 каналов. Если необходимо мультиплексирование лишь цифровых сигналов, вторая ступень мультиплексора может быть выполнена на микросхеме К561ЛС2, при этом вход стробирования S должен быть соединен с общим проводом (рис. 257). Одну микросхему К561 КП1 или КР1561 КП1 можно использовать как четыре ключа, управляемых двухразрядным кодом (рис. 258). В зависимости от кода, поданного на входы 1 и 2, могут быть соединены выводы Х0 и Y0, XI и Y1 и т. д. Микросхемы К561КП2 и КР1561КП2 — восьмиканальные мультиплексоры-демультиплексоры (рис. 259), их характеристики, назначение выводов, способы включения такие же, как микросхем К561 КП1 и КР1561КП1.
Микросхемы КП1 и КП2 могут быть использованы в устройствах динамической индикации, для опроса различных датчиков цифровых и аналоговых сигналов, в качестве дешифраторов, для распределения сигналов, принятых по одному проводу, по различным потребителям. Интересным применением мультиплексоров является генерация произвольной функции входного кода. Для примера на рис. 260 приведена схема генерации сигнала, равного лог. 1 для входных кодов, соответствующих десятичным числам 1,3,5,7,8,10 и 12, и лог. 0 для входных кодов 2, 4, 6, 9 и 11. Такой генератор может использоваться в электронном календаре для определения числа дней в текущем месяце — лог. 1 соответствует 31 дню, лог. 0-30 дням (кроме февраля). Нетрудно видеть, что один мультиплексор на К входов позволяет построить генератор произвольной функции от одного входного кода, принимающего К значений, а мультиплексор и инвертор — функцию на 2К значений входного кода. В данном примере (рис. 260) используется мультиплексор на 8 входов, входной код принимает 12 значений, остальные четыре значения не используются. Отметим, что генерацию указанной функции для календаря можно осуществить значительно проще — при помощи одного элемента «Исключающее ИЛИ» из микросхем К176ЛП2, К561ЛП2 или КР1561ЛП2 (рис. 261). | |||||
riostat.ru
Мультиплексоры КМОП строят иначе, чем рассмотренные выше ТТЛ – мультиплексоры. Например, ИМС К564КП1 (рис. 3.5, табл. 3.4), представляющая собой двойной четырёхканальный мультиплексор с объединёнными адресными входами А0, А1 и
общим входом стробирования Е.
При
E = 0
один из информационных входов D0.0…D3.0 и
D0.1…D3.1 обоих мультиплексоров соединяется соответственно с
выходом Y0
и Y1 . Десятичный номер соединяемого входа каждого
мультиплексора есть эквивалент двоичного кода на адресных
входах
A1 и
A 0 .
а б
Рис. 3.5. Условное графическое изображение ИМС К564КП1 (а)
и функциональная схема (б)
Если на вход Е подали сигнал лог. “1”, то выходы обоих мультиплексоров отключаются от входов и переходят в третье высокоимпеданское состояние.
Таким образом, на первый взгляд мультиплексоры ТТЛ и КМОП функционируют одинаково. Отличие легко уловить, рассмотрев их функциональные схемы (рис 3.3,б и рис 3.5,б). Функциональная схема ИМСК564КП1 состоит из восьми двунаправленных ключей WS, разделённых на две синхронно работающие группы по четыре ключа в каждой, и схемы управления
этими ключами, представляющей собой дешифратор 2→4 со стробированием (Е).
Таблица 3.4
Входы | Выходы | |||
Е | А1 | А0 | Y0 | Y1 |
0 | 0 | 0 | D 0.0 | D 0.1 |
0 | 0 | 1 | D 1.0 | D 1.1 |
0 | 1 | 0 | D 2.0 | D 2.1 |
0 | 1 | 1 | D 3.0 | D 3.1 |
1 | x | x | Z | Z |
Передаваемый через эти двунаправленные ключи сигнал может быть как цифровым, так и аналоговым, он может передаваться как с выбранного входа на выход (режим мультиплексора), так и с выхода распределяться по входам (режим демультиплексора). При этом невыбранные выходы такого демультиплексора (входы мультиплексора) Di,j находятся в высокоимпедансном Z – состоянии. ИМС К564КП1 имеет два источника питания Ucc1, общий GND, Ucc2. Разность напряжений Ucc2
– Ucc1 должна быть не более 15 В. Сигнал уровнем лог. “1”
соответствует напряжению питания Ucc1, сигнал лог. “0” –
напряжению общей точки.
Напряжение Ucc2 должно быть отрицательным по отношению к напряжению GND или равно ему. Диапазон напряжений сигналов, проходящих через ИМС, находится в пределах от Ucc1 до Ucc2. В табл. 3.5 представлены некоторые соотношения напряжений питания, управляющих сигналов, коммутируемых сигналов, а также диапазон изменения сопротивления открытого ключа мультиплексора.
Таким образом, отличительной особенностью КМОП – мультиплексоров от ТТЛ – мультиплексоров является возможность передавать как цифровые, так и аналоговые сигналы в двух
направлениях от входа к выходу и от выхода к входу, что позволяет использовать их как мультиплексоры, так и демультиплексоры цифровых и аналоговых сигналов.
Таблица 3.5
Напряжение питания | Сигналы | Сопротивления открытого ключа | |||||
управляющие | коммутируемые | ||||||
Ucc1 | GND | Ucc2 | лог. 0 | лог. 1 | Umin | Umax | |
В | В | В | В | В | В | В | Ом |
3 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 3 | 300…3000 |
5 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0 | 5 | 200…400 |
10 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 10 | 160…200 |
15 | 0 | 0 | 0 | 15 | 0 | 15 | 120…140 |
3 | 0 | -6 | 0 | 3 | -6 | 3 | 180…220 |
5 | 0 | -5 | 0 | 5 | -5 | 5 | 160…200 |
5 | 0 | -10 | 0 | 5 | -10 | 5 | 120…140 |
7.5 | 0 | -7.5 | 0 | 7.5 | -7.5 | 7.5 | 120…140 |
Материал взят из книги Цифровые интегральные микросхемы (Асмолов Г.И.)
studik.net
Первое, современные мультиплексоры строятся по КМОП технологии и как следствие открытый канал имеет некоторое сопротивление, величина этого сопротивления может быть меньше 1 Ома и зависит от величины питающего напряжения. Сопротивление канала можно узнать из даташита, обозначается оно Ron.
Второе, напряжение, которое может коммутировать мультиплексор, а также напряжение на управляющих входах не должно превышать напряжение питания. Максимальный ток коммутации современных мультиплексоров может достигать 400mA. Опять же максимальный ток можно узнать из даташита, в разных даташитах оно обозначается по разному.
Третье, так как мультиплексор построен по КМОП технологии в его структуре присутствуют ёмкости, которые ухудшают его характеристики. Эквивалентная схема двухканального мультиплексора выглядит следующим образом.
Также на эквивалентной схеме изображены источники тока, которые отражают ток утечки, который в свою очередь, может является источником ошибки.
Пятое, переключение не происходит мгновенно, для того чтобы ключ открылся/закрылся необходимо некоторое время, которое определяется временем перезаряда ёмкости затвор-канал.
hubstub.ru
Мультиплексоры (английское Multiplexer) 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.
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, А5. Мультиплексоры бывают с выходом 2С и с выходом 3С. Выходы мультиплексоров бывают прямыми и инверсными. Выход 3С позволяет объединять 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 прямой выход в нулевой уровень.
На рис. 5.12 показаны для примера несколько микросхем мультиплексоров из состава стандартных серий. В отечественных сериях мультиплексоры имеют код типа микросхемы КП. На схемах микросхемы мультиплексоров обозначаются буквами MS.
Рис. 5.12. Примеры микросхем мультиплексоров
Таблица 5.3. Таблица истинности 8-канального мультиплексора | ||||||
Входы | Выходы | |||||
4 | 2 | 1 | -EZ | Q | -Q | |
X | X | X | 1 | Z | Z | |
0 | 0 | 0 | 0 | D0 | -D0 | |
0 | 0 | 1 | 0 | D1 | -D1 | |
0 | 1 | 0 | 0 | D2 | -D2 | |
0 | 1 | 1 | 0 | D3 | -D3 | |
1 | 0 | 0 | 0 | D4 | -D4 | |
1 | 0 | 1 | 0 | D5 | -D5 | |
1 | 1 | 0 | 0 | D6 | -D6 | |
1 | 1 | 1 | 0 | D7 | -D7 | |
В табл. 5.3 в качестве примера приведена таблица истинности одноразрядного 8-канального мультиплексора с выходами 3С (КП15).
В таблице сигналы на входах 0…7 обозначены D0…D7, прямой выход — Q, инверсный выход — –Q, Z — третье состояние выхода. При единице на входе –EZ оба выхода находятся в третьем состоянии. При нуле на входе –EZ выходной сигнал на прямом выходе повторяет состояние входного сигнала, номер которого задается входным кодом на входах 1, 2, 4. Сигнал на инверсном выходе противоположен по полярности сигналу на прямом выходе.
На рис. 5.13 приведена временная диаграмма работы 4-канального мультиплексора. В зависимости от входного кода на выход передается один из четырех входных сигналов. При запрещении работы на выходе устанавливается нулевой сигнал вне зависимости от входных сигналов.
Рис. 5.13. Временная диаграмма работы 4-канального мультиплексора с разрешением
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. 5.14). 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.
Рис. 5.14. Объединение мультиплексоров для увеличения количества каналов
Состояния неопределенности, сопровождающиеся короткими паразитными импульсами, могут возникать на выходе мультиплексоров при почти одновременном изменении входных сигналов. Здесь возможны две ситуации. Во-первых, управляющий код может переключаться сразу после изменения передаваемого в данный момент на выход входного сигнала или сразу перед изменением входного сигнала, который будет передавать на выход следующий код. Во-вторых, сигналы (разряды) управляющего кода могут переключаться не одновременно, что приведет к кратковременной передаче на выход входного сигнала, не соответствующего ни одному из значений кода. В любом случае, в момент переключения каналов сигнал на выходе мультиплексора не определен (рис. 5.15).
Чтобы избежать состояния неопределенности, лучше всего задавать состояние управляющего кода еще до начала работы схемы (до прихода входных сигналов) и в дальнейшем его не менять. Если же это невозможно, то необходима синхронизация, стробирование выходного сигнала, то есть его разрешение только тогда, когда все переходные процессы, связанные с изменением кода, уже закончились. Правда, обычно применять стробирование довольно непросто, так как мультиплексор, как правило, должен без изменений передавать любой входной сигнал.
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. Точные величины задержек надо смотреть в справочниках.
Рис. 5.15. Неопределенные состояния на выходе мультиплексорам
Комбинационные элементы. Сумматоры и АЛУ. Номенклатура и характеристики ТТЛ серий.
studfiles.net
Лекция 16. Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры. Мультиплексором называют функциональный узел, который обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию. Выбор входной линии, информация с которой поступает на выход, осуществляется при помощи сигналов, поступающих на адресные входы.
Обобщенная схема мультиплексора приведена на рис. 16.1. Мультиплексор MUX (Multiplexer) в общем случае можно представить в виде коммутатора, управляемого входной логической схемой. Входные логические сигналы X, поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. Управление коммутатором осуществляется входной логической схемой. На вход логической схемы подаются адресные сигналы A,, (Adress). Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий вход Е (Enable), который может выполнять стро-бирование выхода Y. Кроме этого некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два состояния 0 и 1 и третье состояние — отключенный выход (выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится сигналом ОЕ (Output Enable).
Большинство мультиплексоров способно передавать сигналы информации X,
только в одном направлении — от входа на выход. Однако имеются мультиплексоры, которые могут передавать информационные сигналы в обоих направлениях. Такие мультиплексоры называются двунаправленными. Двунаправленные мультиплексоры способны передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. В литературе такие мультиплексоры часто называют селекторами-мультиплексорами (Data Selector-Multiplexer).
Рис. 16 1. Обобщенная схема мультиплексора
Мультиплексоры со стробирующим входом Е выполняют функции передачи сигнялов х,—>-у только при поступлении сигнала строба Е. Мультиплексоры, имеющие три состояния выхода, можно каскадировать.
Для обозначения коммутационных возможностей мультиплексора можно пользоваться условно записью (лг—^1), где п — число входов. Так, например, мультиплексор с функцией (1 —> 1) является одиночным ключом, а мультиплексор (4-*1) имеет четыре входа и один выход.
В зависимости от соотношения числа информационных входов п и числа адресных входов т мультиплексоры делятся на полные и неполные. Если выполняется условие п =2″ , то мультиплексор будет полным. Если это условие не выполняется, т. е. п<2″1 , то мультиплексор будет неполным. Наибольшее распространение получили мультиплексоры (2—1) с п=2 и т=, (4—1) с и =4 и т=2, (8—*!) с и=8 и т=3 и (16—*1) с и=16 и т=4. Для неполных мультиплексоров число входных линий может быть любым, но, разумеется, не больше 2″.
В качестве примера рассмотрим функционирование мультиплексора (4—» 1), состояние входов и выходов которого приведено в табл. 16.1. Используя таблицу состояний этого мультиплексора, получим выражение для его выходной функции
В общем виде выходная функция мультиплексора (и—*!) может быть представлена как
где К, называется мипитерм (К,=0 или 1) и равно логическому произведению сигналов на адресных линиях, соответствующих сигналу X,.
Для расширения числа входных линий можно использовать каскадирование мультиплексоров. На рис. 16.2 показано пирамидальное каскадирование мультиплексоров.
На этом рисунке приведен двухкаскадный мультиплексор типа (16—-I) с управлением по четырем адресным линиям А^…А^. Первая группа мультиплексоров MUXO…MUX3 управляется младшими разрядами адресных сигналов А о и А.
выходной мультиплексор MUX4 управляется старшими рязрядами адресных сигналов А-^ и Ау. Такое каскадирование мультиплексоров почти вдвое увеличивает задержку выходных сигналов.
Реализация четырехвходового мультиплексора может выполняться по уравнению (16.1) или в общем случае — по уравнению (16.2). Так, например, для двувходового мультиплексора можно записать уравнение
Y=Xo-Ao+X^-Ao,
которое реализуется на двувходовых элементах И и ИЛИ, как показано на рис. 16.3 а.
Таблица 16.1
Состояние мультиплексора (4—1)
А, | А, | у |
0 | о | ^0 |
0 | 1 | ^ |
1 | о | Хг |
1 | 1 | X, |
Аналогично реализуется че-тырехвходовой мультиплексор, однако для него потребуются четыре трехвходовых элемента И и один четьгрехвходовой элемент ИЛИ Схема такого мультиплексора, построенного по уравнению (16 1), приведена на рис 16.3 б Для получения прямых и инверсных адресных сигналов используются два дополнительных инвертора Поскольку для построения мультиплексоров с большим числом входов требуются элементы И и ИЛИ с числом входов больше четырех, то их проще выполнять путем каскадирования
Интегральные микросхемы мультиплексоров можно разделить на группы по следующим признакам
• по числу входов 2-, 4-, 8- и 16-входовые,
• по числу мультиплексоров в одном корпусе (числу разрядов),
• по наличию стробирующего входа Е,
Рис 16 2 Пирамидальное каскадирование мультиплексоров (4 -* 1) для реализации выходной функции (16—*1)
• по наличию выхода с тремя состояниями (наличию входа ОЕ),
• по способности передавать сигналы в двух направлениях.
Промышленность выпускает большое количество различных микросхем мультиплексоров, некоторые из которых приведены в табл. 16.2.
Применение мультиплексоров с тремя состояниями выходов позволяет легко увеличить число коммутируемых каналов. На рис. 16.4 показана схема мультиплексора (16-* 1), выполненная на мультиплексорах (8—-1) и дешифраторе 1х2 Выходы Y мультиплексоров DD и DD2 соединены вместе для организации функции «монтажное ИЛИ». При значении адресного сигнала A^=Q включается микросхема DD, а при значении A^=l — микросхема DD2. При включении микросхемы DD на общий выход поступает один из информационных сигналов Ху x^, подключенных к входам DDI. При включении микросхемы DD2 на общий выход поступают сигналы Ху. .х^. В качестве элементов DDI и DD2 в этой схеме можно использовать интегральные микросхемы КР531КП15 (или более медленные ИМС К555КП15)
Другой способ каскадирования ИМС мультиплексоров основан на использовании пирамидальной схемы, приведенной на рис. 16.2. Если взять восемь
Рис. 163. Выполнение мультиплексора (2—1) (а) и (4-*1) (б) на элементах И и ИЛИ
мультиплексоров (8-*!), не имеющих третьего состояния выхода (например, К555КП7), на их адресные входы Ац.-.А^, подать одни и те же адресные сигналы, производящие выбор одного из восьми каналов в каждом мультиплексоре, то общее число входов будет равно 64 (рис. 16.5).
Последний мультиплексор DD9 управляется адресными сигналами А^, Ац, А., и определяет, какой из восьми мультиплексоров DDI…DDS будет подключен к выходу Y. Вход стробирования Е можно использовать только у последнего мультиплексора DD9. Таким образом, на рис. 16.5 показана схема стробируемого мультиплексора с форматом (64-*1).
Помимо основного назначения коммутации входных сигналов мультиплексоры находят применение в сдвигающих устройствах, делителях частоты, триггер-ных устройствах и др.
Демультиплексоры. Демультиплексором (DMX) называют функциональный узел, который обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по одной линии, на несколько выходных линий. Выбор выходной линии осуществляется при помощи сигналов, поступающих на адресные входы. Таким образом, демультиплексор выполняет преобразование, обратное действию мультиплексора.
Обобщенная схема демультиплексора, приведенная на рис. 16.6, сходна со схемой мультиплексора. Входной сигнал х поступает на вход коммутатора и через него передается на выходы Yy…Yn. Адресные сигналы Ay…Ai, имеют то же Таблица 16 2 Интегральные микросхемы мультиплексоров
Наименование микросхемы | Функциональное назначение | Число входов | Число разрядов |
К155КП1 | Стробируемый мультиплексор с инверсным выходом | 16 | 1 |
К555КП2 | Сдвоенный мультиплексор со стробированием | 4 | 2 |
К155КП7 | Стробируемый мультиплексор с прямым и инверсным выходами | 8 | 1 |
К155КП5 | Мультиплексор с прямым выходом | 8 | 1 |
К555КП11 | Четыре стробируемых мультиплексора с тремя состояниями выхода | 2 | 4 |
К555КП12 | Два мультиплексора с тремя состояниями выхода | 4 | 2 |
К555КП13 | Стробируемый мультиплексор с памятью на D-триггерах | 4 | 1 |
КР531КП15 | Мультиплексор с тремя состояниями, прямым и инверсным выходом | 8 | 1 |
К555КП16 | Мультиплексор со стробированием | 2 | 4 |
К555КП17 | Два мультиплексора с тремя состояниями, прямым и инверсным выходами | 4 | 2 |
К531КП18 | Четыре мультиплексора со стробированием и инверсными выходами | 2 | 4 |
К561КПЗ | Двунаправленный мультиплексор со стробированием | 8 | 1 |
К561КП1 | Два двунаправленных мультиплексора со стробированием | 4 | 2 |
назначение, что и у мультиплексора. Сигнал стробирования Е разрешает передачу входного сигнала через коммутатор
Для обозначения коммутационных возможностей демультиплексоров можно пользоваться записью, аналогичной мультиплексорам (1 -*п), где п — число выходов демультиплексора Так, например, демультиплексор (1-*2) имеет два выхода, а демультиплексор (1-^4) — четыре выхода Демультиплексоры, как и мультиплексоры, могут быть полными и неполными. Деление мультиплексоров на эти две категории производится так же, как и у мультиплексоров, с той лишь разницей, что под п понимается число выходов, а не входов, как в мультиплексоре
В качестве примера рассмотрим функционирование демультиплексора (1-^4), состояния входа и выходов которого приведены в табл. 16.3 Используя данные этой таблицы, получим выражение для выходных сигналов демультиплексора
Рис 164 Каскадирование мультиплексоров с тремя состояниями выхода
Рис 165 Схема пирамидального мультиплексора (64—> 1) на мультиплексорах (8—*!)
Структура демультипдексора на элементах И, реализующая уравнения (16—-3), приведена на-puc.l6.76. Схема демультиплек-сора (1—-2), также выполненная на элементах И, приведена на рис. 16.7 я. Инверторы в этих схемах обеспечивают формирование необходимых сигналов управления. В каждой схеме И два входа задействованы для адресных сигналов Ад и А, а на третий вход подается входной сигнал X.
Рис. 16.6. Обобщенная схема демультиплексора
Как следует из уравнений
(16.3), реализация демультиплексора возможна также на элементах ИЛИ. Схема демультиплексора с четырьмя выходами на элементах ИЛИ, построенная по уравнениям (16.3), приведена на рис. 16.8.
Интегральные микросхемы демультиплексоров, так же, как и схемы мультиплексоров, можно разделить на группы по следующим признакам:
• по числу выходов;
• по числу демультиплексоров в одном корпусе;
• по наличию стробирующего импульса Е,
• по способности передавать сигналы в двух направлениях. Поскольку функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов, их условное обозначение сделано одинаковым, а именно ИД. Поэтому такие микросхемы часто называют дешифраторами-демультиплексорами. Так, например, дешифратор К155ИДЗ можно использовать в качестве демультиплексора с форматом (1-*16). При этом входы разрешения дешифрации используются в качестве основного входа демультиплексора X, а адресные входы и выходы используются по прямому назначению. В табл. 16.4 приведены некоторые схемы демультиплексоров и дешифраторов, которые можно использовать качестве демультиплексоров.
Мультиплексоры-демультиплексоры. Среди схем коммутации можно особо выделить схемы, которые способны пропускать сигналы в обоих направлениях.
К таким элементам относится коммутационные микросхемы, выполненные по технологии КМОП. Коммутаторы КМОП способны пропускать как аналоговые, так и цифровые сигналы, в них можно менять местами вход и выход. Такие элементы выпускаются в следующих сериях интегральных микросхем: К176, К561, К564, КР1561, 1564, 590 и 591.
Для обозначения коммутационных возможностей мультиплексоров-
Таблица 163 Состояния демультиплексора (1—^4)
А» | А | Y» | yi | У2 | к, |
о | о | X | о | о | о |
о | 1 | о | х | о | о |
1 | о | о | о | х | о |
1 | 1 | о | о | о | х |
Рис. 16.7. Построение демультиплексоров (l-^) и (1-^4) (б) на элементах И
Рис. 16.8. Построение демультиплексора (1-*4) на элементах ИЛИ
Таблица 16 4 Интегральные схемы демультиплексоров
Наименование микросхемы | Функциональное назначение | Число выходов | Число разрядов |
К155ИДЗ | Дешифратор-мультиплексор со стробированием | 16 | 1 |
К155ИД4 | Два дешифратор-мультиплексора со стробированием | 4 | 2 |
К531ИД7 | Скоростной дешифратор-мультиплексор со стробированием | 8 | 1 |
К531ИД14 | Скоростной дешифратор-мультиплексор | 4 | 2 |
Таблица 16 5 Интегральные схемы мультиплексоров-демультиплексоров
Наименование микросхемы | Функциональное назначение | Число входов-выходов | Число разрядов |
564КП1 | Двухразрядный мультиплексор-демультиплексор | 4 | 2 |
564КП2 | Мультиплексор-демультиплексор с тремя состояниями выхода | 8 | 1 |
590КН1 | Мультиплексор-демультиплексор | 8 | 1 |
демультиплексоров можно пользоваться записью (1-^п), в котором двунаправленная стрелка указывает на двунаправленную передачу сигналов. В табл. 16.5 приведены сведения о некоторых ИМС мультиплексоров-демультиплексоров.
studizba.com
