멀티플렉서 vs. 스위치: 어떤 것을 사용해야 할까요?

통신 네트워크가 여러 소스/수신기 간에 희소한 물리적 채널 자원을 공유해야 할 때, 다중화/역다중화라고 불리는 간단한 기술을 사용합니다. 이는 단일 물리적 채널을 통해 대량의 직렬 또는 병렬 데이터를 라우팅하는 기본적인 기술입니다. 다중화기는 스위치와 같은 맥락에서 자주 논의되며, 동일한 기능을 제공할 수 있습니다. 그렇다면 이러한 구성 요소들이 어떻게 다르며, 디지털 또는 아날로그 시스템에 어떤 것이 필요한가요?

다중화기와 스위치의 차이점은 IC 수준에서의 구성과 그들의 사양에서 찾을 수 있습니다. 또한, 다양한 응용 프로그램을 위한 다른 다중화 방법(공간, 시간 분할 또는 주파수/파장 분할)이 있어 스위치와 다중화기 사이의 선택을 더 혼란스럽게 만듭니다. 여기에는 다중화기와 스위치를 구분하는 몇 가지 기능적 및 전기적 특성과 각각을 어플리케이션에서 사용할 수 있는 시점이 있습니다.

다중화기 대 스위치

이러한 구성 요소들 사이의 차이점은 혼란스러울 수 있으며, 다중화기의 기능적 다이어그램이 종종 스위치로 묘사되는 것은 도움이 되지 않습니다. 이는 그들이 기본적으로 기계적 스위치라는 것을 시사하지만, 현대의 다중화기와 스위치에는 분명히 해당되지 않습니다. 유일한 예외는 마이크로전자기계 시스템(MEMS)으로 구축된 스위치로, 실제로 작은 기계적 스위칭 요소를 가지고 있습니다.

MEMS에 대한 이 점을 제외하고, 대부분의 스위치와 다중화기는 FET와 일부 지원 회로를 사용하여 구축되며, 사용자의 손이 아닌 제어 신호로 활성화됩니다. 두 유형의 구성 요소 모두 스루홀 또는 SMD IC로 표준 패키지에서 제공되므로, 디자이너는 다양한 응용 프로그램을 위한 광범위한 스위치와 다중화기에 접근할 수 있습니다. 유일한 예외는 고전력 응용 프로그램으로, 고전력 트랜지스터를 사용하여 기계적 스위칭 대신 전기 스위칭을 통해 전력 분배를 할 수 있습니다.

이러한 구성 요소들 사이의 차이점을 더 잘 이해하기 위해, 그들이 어떻게 작동하고 그들의 사양을 좀 더 자세히 살펴봅시다:

아날로그 대 디지털

두 유형의 구성 요소 모두 아날로그 또는 디지털 변형으로 제공됩니다. 아날로그 스위치는 아날로그 및 디지털 신호를 모두 통과시킬 수 있지만, 디지털 스위치는 디지털 논리 수준만을 통과시킵니다. 다중화기에도 같은 아이디어가 적용되지만, 다중화기의 정의는 넓어서; 일부 정의된 대역폭을 가진 아날로그 다중화기도 있고, 디지털 다중화기는 전적으로 디지털 논리 회로로 구성되며 논리 상태만을 통과시킵니다.

신호 선택

다중화기의 역할을 설명하는 가장 좋은 방법은 신호 선택 측면에서입니다. 다중화기는 반드시 시스템의 상류 및 하류 부분을 격리하지는 않지만, 더 높은 온 상태 저항으로 인해 드라이버 구성 요소가 보는 입력 임피던스는 부하 구성 요소의 입력 임피던스에 덜 의존적입니다. 반면, 스위치는 상대적으로 낮은 주파수에서 매우 낮은 온 상태 저항(1 옴까지 낮을 수 있음)과 리액턴스를 가지는 경향이 있습니다.

사양

스위치와 다중화기에 공통적인 몇 가지 중요한 사양은 다음과 같습니다:

• 스위칭 시간. 이는 구성 요소가 다른 채널 간에 전환하는 데 필요한 시간을 알려줍니다. 이상적으로 스위칭 시간은 신호의 상승 시간(디지털 신호의 경우)보다 훨씬 짧아야 합니다.

• 슬루율 및 정착 시간. 이러한 구성 요소 중 하나의 채널이 활성화되면 전체 스케일 신호 레벨로 전환하는 동안 특정 스위칭 시간이 있습니다(디지털 신호의 경우 10%-90%로 측정됨). 스위칭 후 출력은 입력에서 본 신호 레벨에 정착하는 데 일정 시간이 필요합니다. 이는 스위칭 시간이나 상승 시간보다 10배 더 길 수 있습니다.

• 대역폭. 스위치나 멀티플렉서의 대역폭은 채널의 전달 함수에서 -3 dB 지점을 말합니다. 이는 내부 입력 용량과 온 상태 저항에 의해 설정됩니다.

• 방향성. 스위치는 양방향이고, 멀티플렉서는 단방향입니다. 그러나 일부 새로운 멀티플렉서는 아날로그 스위치와 동일한 토폴로지를 가지고 있으며, 양방향 멀티플렉서로 사용될 수 있습니다.

• 채널 누설. 온 상태 채널 저항이 낮은 구성 요소는 더 높은 채널 누설 전류를 가지는 경향이 있습니다.

• 채널 수. 스위치/멀티플렉서는 일정한 채널 수(N:1 비율)를 가집니다. 여기서 N 입력 채널이 단일 채널로 라우팅됩니다. 스위치는 양방향성 덕분에 1:N 비율로 구현될 수 있지만, 멀티플렉서의 경우는 그렇지 않습니다.

• 공정. CMOS 스위치와 멀티플렉서는 바이폴라 공정으로 제조된 구성 요소보다 훨씬 느립니다. 이러한 이유로, 가장 빠른 스위치는 고속 데이터 전송 애플리케이션을 수용하기 위해 FET 공정을 사용합니다.

일부 스위치나 멀티플렉서는 중첩된 토폴로지로 연결될 수 있습니다. 예를 들어, 여러 N:1 멀티플렉서가 다른 N:1 멀티플렉서에 연결된 경우입니다. 아래에는 쿼드 2:1 멀티플렉서의 예가 나와 있습니다.

ON Semiconductor의 MC74ACT157DG 쿼드 2:1 멀티플렉서에 대한 논리 다이어그램. 출처: MC74ACT157DG 데이터시트.

멀티플렉싱과 SerDes는 같지 않다는 점에 유의하세요. 멀티플렉서는 구성 요소가 병렬 데이터를 받으면서 멀티플렉서의 제어 비트를 순서대로 순환함으로써 직렬화기로 구현될 수 있습니다. 또한, 멀티플렉싱은 여러 개의 느린 직렬 데이터 비트스트림을 하나의 고속 비트스트림으로 압축하는 비트-인터리브드 SerDes에 사용됩니다. 그 외에, 두 기술은 같지 않습니다. 멀티플렉싱은 하나 이상의 기계적/전기기계적 스위치가 필요 없게 하므로 다른 애플리케이션에서도 사용됩니다.

멀티플렉서와 스위치의 응용

요약하자면, 일부 응용 프로그램은 두 유형의 구성 요소를 사용해도 괜찮게 작동합니다. 고주파 아날로그 응용 프로그램은 다른 지표보다 대역폭과 온 상태 저항에 더 집중해야 합니다. 또한, 여러 데이터 스트림 사이에서 선택하거나 데이터를 단일 비트 스트림으로 압축해야 하는 모든 응용 프로그램은 멀티플렉서나 스위치를 사용할 수 있습니다. 멀티플렉서와 스위치의 일부 응용 프로그램은 다음과 같습니다:

• 고속 비디오 및 고음질 오디오

• 케이블/위성 텔레비전

• 빔포밍 및 공간 다중화를 위한 위상 배열에서의 안테나 선택

잠재적인 멀티플렉서 대비 스위치 IC를 비교해야 할 때는 Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능을 사용해 보세요. 사용자 친화적인 인터페이스에서 접근할 수 있는 광범위한 검색 엔진과 유통업체 데이터 및 부품 사양에 접근할 수 있습니다. 데이터 전송 및 관리에 필요한 구성 요소를 찾으려면 저희의 집적 회로 페이지를 확인해 보세요.

최신 기사를 계속해서 업데이트하려면 저희 뉴스레터에 가입하세요.