Для чего нужен мультиплексор
Мультиплексор (электроника)
Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.
Аналоговые и цифровые [1] [2] мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень (‘0’ или ‘1’) с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами [3] или коммутаторами.
Устройство, противоположное мультиплексору по своей функции, называется демультиплексором. В случае применения аналоговых мультиплексоров (с применением ключей на полевых транзисторах) не существует различия между мультиплексором и демультиплексором; такие устройства могут называться коммутаторами.
Содержание
Устройство
Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Коммутатор обслуживает управляющая схема, в которой имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие).
Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных выходов 
и числом адресных входов 
действует соотношение 
, то такой мультиплексор называют полным. Если 
, то мультиплексор называют неполным.
Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, то есть могут блокировать действие всего устройства.
В качестве управляющей схемы обычно используется дешифратор. В цифровых мультиплексорах логические элементы коммутатора и дешифратора обычно объединяются.
Обобщённая схема мультиплексора
Входные логические сигналы Xi поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. На вход управляющей схемы подаются адресные сигналы Ak (от англ. Address ). Мультиплексор также может иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable ), который разрешает или запрещает прохождение входного сигнала на выход Y.
Кроме этого, некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два логических состояния 0 и 1, и третье состояние — отключённый выход (высокоимпедансное состояние, Z-состояние — выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится снятием управляющего сигнала OE (от англ. Output Enable ).
Использование
Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры могут использоваться для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и заканчивая последним.
Обозначение
Мультиплексоры обозначают сочетанием MUX (от англ. multiplexer ), а также MS (от англ. multiplexer selector ).
Мультиплексоры: виды, сферы применения и особенности
Мультиплексоры – это специальные сетевые устройства, которые предназначаются для передачи различных потоков информации с большой скоростью. При передаче используется единичная линия связи. Передаваемый поток информации должен обладать маленькой скоростью.
Использование мультиплексоров – актуальная, быстрая и экономная мера. Их применение позволяет отказаться от создания нового канала связи, передающего информацию, независимо проводного или беспроводного.
Особенные черты мультиплексоров
Некоторые моменты влияют на строение мультиплексоров:
1. Количество компонентов, которые являются доступными.
2. Какая технология была применена при создании мультиплексора.
3. Конфигурация мультиплексора. Этот фактор зависит от того, какие задачи будут ставиться перед мультиплексором.
Большой популярностью пользуются модульные мультиплексоры. Это современные конструкции приборов, имеющие некоторое количество сменных модулей. При помощи таких сменных модулей обеспечена возможность, которая позволит изменить конфигурацию мультиплексора, в соответствии с требованиями пользователя и условиями использования.
Работа мультиплексора во многом схожа с работой коммутаторов, обеспечивающих возможность подключения нескольких входов и выхода. Такое сетевое оборудование приводится в действие с помощью двух типов входа. По одному разрешающему и управляющему входу.
На видео: Принцип работы мультиплексора.
Виды мультиплексоров
Мультиплексор – это сетевой специальный прибор. У него несколько простых и управляющих входов и один выход. Наличие определенного числа таких входов определяется имеющимися требованиями пользователя. Обычно количество входов ограничивается максимальным количеством – 16. Сколько будет входов у мультиплексора, столько можно будет каналов для связи. Для обеспечения большего числа входов используют технологию каскадного дерева. Этим обеспечивается создание необходимого пользователю количества сетевых каналов связи на одном сетевом устройстве.
Мультиплексоры могут быть следующих типов:
• Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.
Где применяются мультиплексоры
Мультиплексоры используются во многих областях жизни и работы человека. Очень часто мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях. Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.
Информация передается с использованием единичной линии. Коммуникационные сети достаточно часто используют мультиплексоры. Они помогают уменьшить стоимость связи. Именно поэтому операторы связи его часто используют. Результат работы мультиплексора будет более заметным, при условии дальнего расстояния между АТС.
Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных. Все это происходит в настоящем времени и сигнал передается на достаточно большое расстояние. При организации видеоконференцсвязи учитывается ее вид. От этого вида зависит использование различных специальных сетевых устройств. Могут использоваться специальные групповые или индивидуальные терминалы для проведения видеоконференции.
Индивидуальный терминал применяется при использовании специального режима видеосвязи в реальном времени на своем рабочем месте. Как индивидуальный терминал может использоваться ноутбук, персональный компьютер, смартфон, планшет или специальный терминал, обеспечивающий видеосвязь. Групповой терминал применяется для проведения групповой видеосвязи. Для этого используются комнаты, в которых расположено специальные сетевые приборы. Такие системы имеют только 1 общий выход и некоторое количество входов, которое необходимо для создания видеосвязи. Это могут обеспечить данные сетевые устройства –мультиплексоры.
Для создания новых локальных сетей или расширения возможностей у уже имеющихся всегда используются мульт
Мультиплексоры и демультиплексоры: схемы, принцип работы
Что такое мультиплексор?
Что такое мультиплексор?Мультиплексором — называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX (от англ. multiplexor), а также через MS (от англ. multiplex or selector).
Функционирование двухвходового мультиплексора
Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 →1), который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов Х1Х2 и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).
Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:
На рис. 3.42 показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.
Основой данной схемы являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.
Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. В качестве примера рассмотрим мультиплексор с четырьмя входами (4 → 1), построенный на основе мультиплексоров (2 → 1).
Схема и таблица состояний такого мультиплексора приведены на рис.3.43.
Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др.
Мультиплексор как устройство сдвига
Рассмотрим пример использования мультиплексоров для реализации так называемого комбинационного устройства сдвига, обеспечивающего сдвиг двоичного, числа по разрядам. Принцип функционирования данного устройства понятен из схемы устройства и таблицы состояний его входов и выходов (рис. 3.44).
В обозначении мультиплексоров используют две русские буквы КП, например, промышленностью выпускаются такие мультиплексоры, как К155КП1, К531КШ8, К561КПЗ, К555КП17 и др.
Демультиплексором называют устройство, в котором сигналы с одного информационного входа, поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.
Функционирование демультиплексора с двумя выходами
Рассмотрим функционирование демультиплексора с двумя выходами, который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов и выходов приведено в таблице (рис. 3.45).
Из этой таблицы следует: Y1=X·А Y2 = X·А т. е. реализовать такое устройство можно так, как показано на рис. 3.46.
Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. В качестве примера (рис. 3.47) рассмотрим построение демультиплексоров с 16 выходами (1 → 16) на основе демультиплексоров с 4 выходами (1 → 4).
При наличии на адресных шинах А0 и А1 нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ0 и в зависимости от состояния адресных шин А2 и А3 он может быть подключен к одному из выходов DMX1. Так, при А2 = А3 = 0 вход X подключен к Y0. При А0 = 1 и А1 = 0 вход X подключен к DMX2, в зависимости от состояния А2 и А3 вход соединяется с одним из выходов Y4 − Y7 и т.д.
Функции демультиплексоров
Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.
Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы — ИД. Выпускают дешифраторы (демультиплексоры) К155ИДЗ, К531ИД7 и др.
При использовании КМОП-технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры-демультиплек-соры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры.
Мультиплексоры-демультиплексоры обозначаются через MX. Среди выпускаемых мультиплексоров-демультиплексоров можно выделить такие, как К564КП1, К590КП1. Мультиплексоры-демультиплексоры входят в состав серий К176, К561, К591, К1564.
Мультиплексор принцип работы
Принцип работы мультиплексора: схема, из чего состоит, применение
Мультиплексор представляет собой комбинированное цифровое устройство, обеспечивающее поочередную передачу на один выход нескольких входных сигналов.
Он позволяет передавать (коммутировать) сигнал с желаемого входа на выход.
Принцип действия мультиплексора
В общем виде принцип действия мультиплексора можно объяснить на примере коммутатора, обеспечивающего соединение входов с выходом устройства.
Работа коммутатора обеспечивается на основе управляющей схемы, в которой существуют адресные и разрешающие входы.
Сигналы с адресных входов указывают, какой именно информационный канал соединен с выходом.
Разрешающие входы применяют для увеличения возможностей – увеличения разрядности, синхронизации с протеканием работы прочих механизмов и пр.
Для создания управляющей схемы мультиплексора обычно используют дешифратор адреса.
Принцип работы мультиплексора
Типы мультиплексоров
• Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.
• Аналоговый мультиплексор. У аналогового мультиплексора способ подключения, который используется для входа и выхода, отличается от подключения цифрового сетевого оборудования. Аналоговое сетевое оборудование использует для того, чтобы подключить вход и выход, соединение при помощи электрических импульсов.
Где применяются мультиплексоры
Мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях.
Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.
Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры и демультиплексоры – это комбинационные устройства, предназначенные для коммутации сигналов и потоков данных в линиях связи по заданным адресам и маршрутам. Основное назначение оптических мультиплексоров заключается в передаче сигналов из нескольких входов на один выход, причем выбор выхода может осуществляется при помощи сочетания определенных управляющих сигналов.
Типы мультиплексоров
В телекоммуникациях существует несколько типов мультиплексоров и демультиплексоров:
Типы WDM мультиплексоров
Оптический WDM мультиплексор – это пассивное, протоколонезависимое устройство, предназначенное для объединения или разделения нескольких оптических сигналов для передачи по оптическому волокну. С их помощью можно организовать передачу нескольких каналов связи в рамках одного или нескольких волокон.
Мультиплексоры WDM по типу спектрального уплотнения
Технология уплотнения DWDM получила большое распространение и в городских сетях (MAN) с канальной скоростью передачи от 10 Гбит/с (10GigabitEthernet), и в магистральных сетях (Long-haul).
Своим распространением в MAN-сетях DWDM обязан с одной стороны относительной экономичностью – в последнее время стоимость организации 10GE канала в рамках города на DWDM значительно ниже, чем аналогичное решение на CWDM. Так же популярность можно объяснить большей емкостью и как следствие гибкой масштабируемостью, которую предоставляют системы уплотнения DWDM.
В long-haul сетях популярность DWDM можно объяснить одним словом – усиление. Как уже упоминалось выше, С-диапазон позволяет использовать, как относительно бюджетные EDFA-усилители для построения трасс протяженностью 100-200 км, так и дорогую связку эрбиевых усилителей с рамановскими, которые позволяют организовывать линии передачи протяженностью до 350 км.
Мультиплексоры WDM по технологии производства
Принцип работы мультиплексоров
Принцип работы мультиплексоров на основе тонкопленочных фильтров
Оптические мультиплексоры на основе тонкопленочных фильтров представляют собой группу тонкопленочных фильтров соединенных друг с другом особым образом. Тонкоплёночный фильтр – это пассивное оптическое устройство, представляющее собой трехполюсник (имеет три вывода) и состоящее из нескольких элементов:
Оптический фильтр имеет три порта:
Принцип действия оптического фильтра достаточно прост:
Можно сказать, что оптический фильтр имеет устойчивые двунаправленные соединения между портами COM-PASS и COM-REFL.
Диапазон «пропускаемых» в порт PASS длин волн может быть различен и зависит от установленного оптического фильтра, например, для стандартных CWDM–фильтров диапазон пропускания составляет λн±6,5 нм, где λн – несущая длина волны.
Затухания, вносимые оптическим фильтром, в зависимости от направления распространения разные — для связи COM-PASS ≈ 0.4-0.7 дБ, а для связи COM-REFL ≈ 0.25-0.4 дБ.
Как уже упоминалось ранее мультиплексоры на основе TFF представляет собой каскад соединенных между собой оптических фильтров. Данный вид мультиплексоров изготавливается путем последовательного соединения оптических фильтров портами REFL и COM.
В данном случае порт «COM (λ1)» — линейный порт всего мультиплексора, то есть будет подключаться к линии передачи, а порт «REFL (λ3)» — порт расширения «EXP», через который можно будет подключить к той же линии еще один мультиплексор.
Принцип работы мультиплексоров на основе массива волноводов
Оптические мультиплексоры на основе AWG имеют принципиально другое устройство в сравнении с TFF, смешение или разделение различных длин волн происходит в рамках одного кристалла.
Мультиплексор на основе AWG представляет собой кристалл, состоящий из массива волноводов (условно можно сказать, что это множество различных ОВ). Свет на определенной длине волны, попадая на этот кристалл, распространяется по своей «дорожке» и наоборот.
WDM мультиплексор на основе AWG состоит:
За счет того, что свет на любой длине волны проходит примерно один и тот же путь, вносимые затухания для мультиплексоров на основе AWG для любой длины волны всегда примерно одинаковы и составляют 4-7 дБ в зависимости от типа кристалла.
Данная особенность очень выгодна при проектировании и построении высокоплотных систем (более 20 каналов передачи данных), так как расчет оптического бюджета заметно упрощается и, таким образом, значительно проще предсказать возможные отклонения от расчетных значений.
Для чего же нужен мультиплексор?
Спектральное мультиплексирование (уплотнение) необходимо для передачи большего объёма информации по оптическому волокну. Мультиплексоры нужен для частотного (спектрального) уплотнения оптических сигналов на физическом уровне, важно помнить, что мультиплексирование сигналов происходит независимо от протокола.
Дело в том, что в одном одномодовом волокне могут распространяться световые волны с разной длиной волны (частотой). Это физическое свойство позволяет передавать множество сигналов в одном волокне. Мультиплексор способен объединять разные длины волн в одно волокно, для передачи. Для «разбора» группового сигнала на приёмной стороне используется демультиплексор, который разделяет групповой сигнал на составляющие.
Чем различаются мультиплексоры и демультиплексоры?
В случае если разговор идет об устройствах на основе AWG, то разницы нет, в связи с равномерностью вносимых затуханий для всех длин волн. Но в случае если рассматривать устройства на основе TFF: мультиплексор отличается от демультиплексора порядком расположения фильтров.
В мультиплексоре фильтры расположены по возрастанию, от 1270 до 1610 нм, в демультиплексоре фильтры собирают в обратном порядке – от 1610 до 1270 нм. Это делается для того чтобы, «выровнять» затухания для каждой длины волны.
Рассмотрим принцип «выравнивания» на примере четырёхканального мультиплексора. Он состоит из восьми фильтров 1470-1610, т.к. фильтр 1470 стоит первым, вносимое затухание на этой длине волны будет минимальным. А максимальным затухание будет на длине волны 1610, т.к. этот фильтр стоит последним. Это значит, что волне 1610 необходимо будет пройти через восемь фильтров, каждый из которых внесет некоторое затухание.
Если на каждой стороне линии установить по мультиплексору, получится, что для волны 1470 нм будет минимальное затухание, а на 1610 нм максимальное. Такая схема может привести к нежелательным последствиям. Например, канал работающий на последней длине волны будет работать на пороге чувствительности, что со временем приведет к возникновению ошибок и простою всей трассы.
Для выравнивания вносимого затухания по всем длинам волн с одной стороны устанавливают мультиплексор, а с другой демультиплексор собранный в обратном порядке, то есть в нашем случае от 1610 до 1470 нм. Таким образом, на каждой длине волны будет примерно одинаковое затухание, без сильных перекосов.
Как протестировать мультиплексор?
Иногда бывает необходимо протестировать новый или уже работающий мультиплексор с целью проверить уровень вносимых им затуханий.
Для проведения тестирования потребуются:
В начале, необходимо снять эталонную мощность с трансивера, для этого необходимо подключить выход трансивера «TX» к измерителю мощности, настроив последний на необходимый диапазон если это требуется. После получения эталонного сигнала нужно подключить порт трансивера «TX» к соответствующему порту длины волны мультиплексора (зачастую порты маркируются длинной волны, например, «1310»), а измерительный прибор к порту мультиплексора «COM» и измерить уровень сигнала. Вычитая из эталонного значение, измеренное с «COM» порта, получаем вносимое мультиплексором затухание на конкретной длине волны.
Таким способом нужно промерить все порты «PASS» мультиплексора. В комплекте с каждым устройством должен идти отчёт о тестировании (паспорт устройства), в котором указаны вносимые затухания для каждой длины волны.
Полученные значения должны совпадать с указанными в паспорте. Если измеренное значение значительно отличается от паспортного, значит мультиплексор неисправен. Причиной может быть загрязнение порта, неисправность адаптера или одного из фильтров.
В случае загрязнения порта его можно починить на месте при помощи специального клиннера не снимая мультиплексор с трассы. Если очистка порта не дала результатов и значение вносимых мультиплексором затуханий, то необходимо или смена адаптера, или замена неисправного фильтра. В этом случае мультиплексор для ремонта нужно вернуть Поставщику, так как самостоятельный ремонт может снять устройство с гарантии.