Мультиплексор против Переключателя: Что Вам Следует Использовать?

Когда телекоммуникационные сети должны делить ограниченные физические канальные ресурсы между несколькими источниками/приемниками, они используют простую технику, называемую мультиплексированием/демультиплексированием. Это фундаментальная техника для маршрутизации больших объемов последовательных или параллельных данных по одному физическому каналу. Мультиплексоры часто обсуждаются в одном контексте с переключателями, которые могут предоставлять ту же функциональность. Так в чем же различие между этими компонентами, и что вам нужно для вашей цифровой или аналоговой системы?

Различия между мультиплексором и переключателем можно найти в их конструкции на уровне ИС и их спецификациях. Кроме того, существуют различные методы мультиплексирования для разных приложений (пространственное, по времени или по частоте/длине волны), что делает выбор между переключателем и мультиплексором еще более запутанным. Вот некоторые функциональные и электрические характеристики, которые отличают мультиплексор от переключателя, и когда вы можете использовать каждый из них в своем приложении.

Мультиплексор против Переключателя

Различие между этими компонентами может сбивать с толку, и не помогает тот факт, что функциональная схема для мультиплексора часто изображается как переключатель. Это подразумевает, что они по сути механические переключатели, но это определенно не относится к современным мультиплексорам и переключателям. Исключение составляют переключатели, построенные как микроэлектромеханические системы (MEMS), которые действительно имеют маленький механический переключающий элемент.

Помимо этого момента о MEMS, большинство переключателей и мультиплексоров построены с использованием ППТ и некоторой вспомогательной схемы и активируются сигналом управления, а не рукой пользователя. Оба типа компонентов доступны как в виде сквозных, так и в виде SMD ИС в стандартных корпусах, так что разработчики имеют доступ к широкому спектру переключателей и мультиплексоров для различных приложений. Исключение составляют приложения с высокой мощностью, где для распределения мощности вместо механического переключения можно использовать электрическое переключение с высокомощными транзисторами.

Чтобы лучше понять различие между этими компонентами, давайте более подробно рассмотрим, как они работают и их спецификации:

Аналоговый против Цифрового

Оба типа компонентов бывают аналоговыми или цифровыми. Аналоговый переключатель может передавать как аналоговые, так и цифровые сигналы, но цифровые переключатели передают только уровни цифровой логики. Та же идея применима к мультиплексорам, но определение мультиплексора широко; мультиплексоры также могут быть аналоговыми с некоторой определенной полосой пропускания, в то время как цифровые мультиплексоры полностью построены из цифровых логических схем и также передают только состояния логики.

Выбор Сигнала

Лучший способ описать роль мультиплексора - в терминах выбора сигнала. Мультиплексор не обязательно изолирует входящую и исходящую части системы, но его более высокое сопротивление во включенном состоянии означает, что входное сопротивление, видимое драйверным компонентом, менее зависит от входного сопротивления нагрузочного компонента. В отличие от этого, переключатель имеет гораздо более низкое сопротивление во включенном состоянии (до 1 Ом) и реактивное сопротивление на относительно низких частотах.

Спецификации

Вот некоторые важные спецификации, общие для переключателей и мультиплексоров:

• Время переключения. Это показывает время, необходимое компоненту для переключения между различными каналами. В идеале, время переключения должно быть значительно меньше времени нарастания сигнала (для цифровых сигналов).

• Скорость нарастания и время установления. Когда канал в одном из этих компонентов активируется, существует определенное время переключения во время перехода к полному уровню сигнала (измеряется как 10%-90% для цифровых сигналов). После переключения, на выходе требуется некоторое время для установления уровня сигнала, наблюдаемого на входе. Это может быть в 10 раз дольше, чем время переключения или время нарастания.

• Полоса пропускания. Полоса пропускания переключателя или мультиплексора относится к точке -3 дБ в функции передачи канала. Это определяется внутренней входной емкостью и сопротивлением во включенном состоянии.

• Направленность. Переключатели являются двунаправленными, в то время как мультиплексоры - однонаправленными. Отметим, что некоторые новые мультиплексоры имеют такую же топологию, как аналоговые переключатели, и их можно использовать как двунаправленные мультиплексоры.

• Утечка канала. Компоненты с меньшим сопротивлением канала во включенном состоянии, как правило, имеют более высокий ток утечки канала.

• Количество каналов. Переключатель/мультиплексор будет иметь некоторое количество каналов (соотношение N:1), где N входных каналов маршрутизируются в один канал. Отметим, что переключатель может быть реализован с соотношением 1:N благодаря его двунаправленности, но это не относится к мультиплексору.

• Процесс. CMOS переключатели и мультиплексоры значительно медленнее, чем компоненты, изготовленные по биполярным процессам. По этой причине самые быстрые переключатели используют процесс FET для работы в приложениях с высокой скоростью передачи данных.

Некоторые переключатели или мультиплексоры могут быть соединены во вложенную топологию, например, когда несколько мультиплексоров N:1 соединяются в другой мультиплексор N:1. Ниже показан пример четырехканального мультиплексора 2:1.

Логическая схема четырехканального мультиплексора 2:1 MC74ACT157DG от ON Semiconductor. Источник: техническое описание MC74ACT157DG.

Обратите внимание, что мультиплексирование и SerDes - это не одно и то же. Мультиплексор может быть реализован как сериализатор, путем последовательного переключения управляющих битов на мультиплексоре по мере получения параллельных данных компонентом. Кроме того, мультиплексирование используется для сердес с побитовым чередованием, где несколько медленных последовательных потоков данных сжимаются в один высокоскоростной поток. Помимо этого, две техники не являются одинаковыми. Существуют и другие приложения, где мультиплексирование используется, так как оно исключает необходимость в одном или нескольких механических/электромеханических переключателях.

Применение мультиплексоров и переключателей

В заключение, некоторые приложения будут работать нормально с любым типом компонентов. Приложения для работы с высокочастотными аналоговыми сигналами должны больше сосредотачиваться на пропускной способности и сопротивлении в открытом состоянии, чем на других параметрах. Кроме того, любое приложение, требующее выбора между несколькими потоками данных или сжатия данных в один битовый поток, может использовать мультиплексоры или переключатели. Некоторые применения мультиплексоров и переключателей включают в себя:

• Видео высокой четкости и аудио высокой верности

• Кабельное/спутниковое телевидение

• Выбор антенны в фазированных решетках для формирования луча и пространственного мультиплексирования

Когда вам нужно сравнить потенциальный мультиплексор с переключателем на интегральной схеме, попробуйте использовать расширенные функции поиска и фильтрации на Octopart. У вас будет доступ к обширному поисковому движку с данными дистрибьюторов и спецификациями компонентов, все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти компоненты, которые вам понадобятся для передачи и управления данными.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.