Bộ ghép kênh là gì?
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu bộ ghép kênh là gì.
Bộ ghép kênh (hay MUX), đôi khi được gọi là bộ chọn dữ liệu. Nó hoạt động bằng cách chọn nhiều tín hiệu đầu vào analog hoặc kỹ thuật số và chuyển hướng đầu vào đã chọn đến một đường đầu ra duy nhất. Quá trình lựa chọn này được điều khiển bởi một bộ đầu vào kỹ thuật số riêng biệt gọi là đường chọn, nghĩa là bộ ghép kênh có 2 N đầu vào yêu cầu N đường chọn. Bộ ghép kênh có khả năng hoạt động như một mạch trộn chung. Cho phép tất cả các cổng logic chuẩn được triển khai bằng bộ ghép kênh.
Biểu tượng của bộ ghép kênh
Một ký hiệu thường được sử dụng để biểu diễn bộ ghép kênh trong sơ đồ mạch là hình thang có nhiều đường vào (thường là 2 N đường), một đường chọn (N) và một đường ra duy nhất.
Bảng chân lý của bộ ghép kênh
Bộ ghép kênh 2×1 có hai đầu vào là I0 và I1, một đường chọn S0 và một đầu ra duy nhất là Z. Coi đường chọn là một đầu vào bổ sung, chúng ta có thể xây dựng một bảng chân trị thể hiện hành vi của bộ ghép kênh 2×1. Mục tiêu của MUX 2×1 là đưa ra I 0 khi S 0 bằng không và đưa ra I 1 khi S 0 bằng một.
Dưới đây là bảng chân lý chi tiết cho bộ ghép kênh 2×1:
Chúng ta có thể quan sát thấy bảng chân trị của MUX 2X1 là bảng có 8 hàng. Có một cách để đơn giản hóa bảng như thể hiện trong Bảng 2. Ở đây chúng ta giả sử rằng I0 và I1 là các biến có thể được gán cho Z.
Tương tự như Bảng 2, chúng ta có thể viết bảng chân trị của MUX 4X1. Chúng ta có bốn đầu vào là I0, I1, I2 và I3, do đó đầu ra Z có thể chấp nhận bất kỳ biến đầu vào nào tùy thuộc vào sự kết hợp dòng đã chọn. Để biểu diễn bất kỳ một trong 4 đầu vào, chúng ta cần 2 đường chọn có thể tạo thành 4 tổ hợp.
Sơ đồ mạch ghép kênh
Mạch logic cho bộ ghép kênh 2-1 có thể được tạo ra bằng cách sử dụng cổng logic. Như thể hiện trong Hình 2, mạch điện bao gồm một cổng NOT, hai cổng AND và một cổng OR.
Hình 2: Mạch ghép kênh 2X1 (2-đến-1) sử dụng cổng NAND và OR.
Hoạt động của mạch MUX 2X1 (hiển thị ở Hình 2) được mô tả như sau. Khi dòng chọn S 0 có giá trị logic bằng không, lệnh AND trên được bật. (Hoạt động như một bộ đệm logic) Khi AND bên dưới bị vô hiệu hóa (đầu ra của AND bằng 0), cổng OR sẽ tạo ra đầu ra tương đương với I 0 vì đầu vào còn lại của cổng OR bằng 0. Tương tự như vậy, nếu S 0 là logic 1, cổng AND ở trên sẽ bị vô hiệu hóa. (Đầu ra là số không) Khi cổng AND bên dưới được bật và có thể truyền I 1, đầu ra của cổng OR trở thành I 1.
Hình 3: Bộ ghép kênh cổng 2X1
Có thể xây dựng một MUX 2x1 tương tự bằng cách sử dụng ít bóng bán dẫn hơn bằng cách sử dụng cổng truyền qua (TG) làm công tắc (như thể hiện trong Hình 3). Khi S 0 bằng 0, cổng thông qua trên (TG 1) cho phép I 0 đi qua trước Z, cổng I 0 lại được đảo ngược để tạo ra I 0. Khi S 0 bằng 1, cổng thông qua trên (TG 1) bị TẮT, nhưng cổng thông qua dưới (TG 2) cho phép I 1 đi qua trước Z, cổng I 1 lại được đảo ngược để tạo ra I 1.
Bộ biến tần được thêm vào để tăng trở kháng đầu vào và quạt ra khỏi logic. Nếu bộ biến tần bị loại bỏ thì logic của trình điều khiển phải điều khiển tải, vì TG không cung cấp điện, TG chỉ là một công tắc.
Ngoài ra còn có phiên bản không có bộ biến tần được gọi là bộ ghép kênh tương tự. Phiên bản trong Hình 3 chỉ có thể xuất ra tín hiệu logic cao hoặc thấp. Nhưng phiên bản hiển thị trong Hình 4 có thể truyền tín hiệu tương tự.
Hình 4: Sơ đồ mạch ghép kênh 4-1.
Sử dụng khái niệm trên, bộ ghép kênh 4-1 có thể được xây dựng bằng cách sử dụng cổng logic. Như thể hiện trong Hình 4.
Bộ ghép kênh tương tự
Hình 5: Bộ ghép kênh tương tự 2X1
Bộ ghép kênh tương tự sử dụng các đường chọn kỹ thuật số để điều khiển đường dẫn của tín hiệu tương tự đến đầu vào. Bộ ghép kênh tương tự cũng có thể được sử dụng như bộ ghép kênh kỹ thuật số. Tuy nhiên, bộ ghép kênh kỹ thuật số không thể được sử dụng như bộ ghép kênh tương tự. Bộ ghép kênh tương tự được sản xuất với cổng tín hiệu chuyên dụng. Do đó, có điện trở tối thiểu và ổn định trên toàn bộ điện áp tín hiệu.
Mã ghép kênh Verilog
Mã Verilog của bộ ghép kênh 2 X 1 được hiển thị bên dưới:
module mux2_1(in1, in2, select, out);
input in1, in2, select;
output out;
assign out = select ? in2 : in1;
endmoduleCổng logic cơ bản sử dụng bộ ghép kênh
Hình 6: Cổng NOT, cổng AND và cổng OR sử dụng MUX 2 X 1.
Một cổng logic cơ bản có thể được xây dựng bằng cách sử dụng bộ ghép kênh 2X1 theo phương pháp đơn giản. Để tạo ra bất kỳ logic nào bằng MUX, chúng ta có thể viết hàm logic của MUX và xác định cẩn thận các đầu vào. Ví dụ đơn giản như sau:
NOT gate
Để xây dựng hàm logic NOT, trước tiên chúng ta có thể viết hàm logic 2 X 1 MUX:
Từ việc quan sát hàm trên, nếu chúng ta thay thế I0=1 và I1=0, đầu ra sẽ là S0 nếu cổng NOT mà chúng ta đang cố gắng xây dựng có x là đầu vào và z là đầu ra. Chúng ta có thể thay thế dòng select S0 bằng x và nhận được kết quả đầu ra là x.
AND gate
Khi quan sát hàm logic của MUX 2 X 1, chúng ta có thể xây dựng hàm logic AND. Giả sử cổng AND mà chúng ta đang cố gắng xây dựng có đầu vào x và y. Và đầu ra là zChúng ta có thể thay thế S 0 = x và I 1 = y vào hàm logic 2 X 1 MUX để tạo ra cổng AND.
OR Gate
Việc quan sát hàm logic của MUX 2 X 1 cho phép chúng ta xây dựng hàm logic OR. Giả sử cổng OR mà chúng ta đang cố gắng xây dựng có đầu vào x và y và đầu ra z. Chúng ta có thể thay thế S 0 = x và I 0 = y , I 1 = 1 vào hàm logic của MUX 2 X 1 để xây dựng một cổng OR.
MUX bậc cao sử dụng MUX bậc thấp
Hình 7: Bộ ghép kênh 4X1 sử dụng bộ ghép kênh 2X1.
Có thể sử dụng một bộ ghép kênh nhỏ để tạo ra một bộ ghép kênh bậc cao duy nhất. Ví dụ, có thể tạo bộ ghép kênh 4 đến 1 bằng cách sử dụng ba bộ ghép kênh 2 đến 1 như thể hiện trong Hình 7. Hai bộ ghép kênh sẽ tạo ra hai đầu ra, tạo ra đầu vào của bộ ghép kênh kia. Dòng được chọn sẽ được chia cho mỗi bộ ghép kênh.
Một ví dụ về MUX 8 X 1 sử dụng hai MUX 4 X 1 và một MUX 2 X 1 được hiển thị trong Hình 8, trong đó s 2 là MSB của đường truyền được chọn, trong khi s 0 là LSB của đường truyền được chọn.
Ứng dụng ghép kênh
- Việc sử dụng bộ ghép kênh giúp cải thiện hiệu quả của hệ thống bằng cách cho phép tích hợp nhiều loại dữ liệu khác nhau, chẳng hạn như giọng nói và video. Từ nhiều kênh khác nhau Đây là một đường truyền hoặc cáp duy nhất để truyền dữ liệu.
- Trong bộ nhớ máy tính, bộ ghép kênh quản lý dung lượng bộ nhớ lớn trong máy tính. Đồng thời giảm số lượng dây đồng cần thiết để kết nối các mô-đun bộ nhớ với các thành phần khác. Giữ các bộ phận máy tính ở mức tối thiểu
- Trong mạng truyền thông, bộ ghép kênh đóng vai trò quan trọng trong việc kết hợp nhiều tín hiệu dữ liệu vào một đường truyền duy nhất (Ghép kênh phân chia theo thời gian), cho phép tích hợp và truyền tải trơn tru nhiều đường gọi qua mạng.
