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如何借助多路复用器提升通信效率与降低成本?详述其实现机制与优势

2024-04-02 11:50:13 8,616

多路复用器是一种电子或通信设备,其主要功能是在多个输入信号中选择一个并将其传送到单一的输出线路。这个过程可以看作是一种空间上的信息复用,即多条输入通道的信息通过时分、频分、码分等方式在一个共同的传输介质上交替或同时传输。

具体来说,#多路复用器#由多个数据输入端、一个选择控制信号输入端和一个输出端组成。根据选择控制信号的不同状态,多路复用器会选择相应的输入信号接入输出端,从而实现多个输入与单一输出之间的灵活切换。

在数字电路设计中,@多路复用器是一个常见的组合逻辑电路元件,其工作原理基于布尔函数的选择逻辑。而在通信系统中,多路复用技术广泛应用于带宽资源的有效利用,例如在电话网络、计算机网络和广播系统中,通过多路复用器可以将多个低速数据流或者语音信号合并成一个高速的数据流进行传输。

简单地说,多路复用器的作用就是集中管理多个输入源,通过调度机制确保任何时候只有一个输入被选中并传递至输出,实现对有限资源的高效利用。

多路复用器的示例电路

多路复用器的示例电路

该电路是信号链中许多常见的多路复用器配置之一,但我们将发现,这种设计将导致严重的信号增益误差。假设运算放大器是理想选择(无失调、偏置电流、输入/输出限制等),公式 1 将信号增益表示为:

 由于MUX36S08不是理想的多路复用器,并且具有内部电容和125Ω导通电阻,公式2代表系统的有效增益:

如果运算放大器的输出连接到设计用于接收全增益的数据转换器,则公式 2 中计算的信号增益将导致重大问题,因为近 40% 的转换器范围将无法使用。该公式甚至没有考虑由于温度、信号电压或施加到电源的电压的变化而引起的导通电阻的变化。

多路复用器的主要功能作用

多路复用器的主要功能和作用包括:

  1. 信号整合:将多个独立的输入信号合并成一个单一的输出信号,这样就能够在一条物理信道上传输多个数据流或信号。

  2. 资源优化:通过复用技术,有效利用通信信道的带宽资源,避免了为每一个输入信号分配单独的传输线路,从而降低了硬件成本和线路成本。

  3. 节省带宽:在有限的信道容量下,通过时分复用(TDM)、频分复用(FDM)、波分复用(WDM)或其他复用技术,允许多个用户或服务共享同一信道,提高了信道利用率。

  4. 简化系统结构:通过集中管理和分配传输通道,简化了系统设计和布线复杂性。

  5. 提高传输效率:通过合理的复用策略,可以在不增加额外传输资源的情况下,使得更多的数据得以在同一时间内传输。

  6. 动态选择:多路复用器通常配备有控制信号输入端,可以根据这些控制信号来选择需要传输的特定输入信号,实现了对信号传输的实时控制和灵活管理。

多路复用器的核心价值在于它有效地实现了多路信号的共享传输,减少了物理线路的需求,提高了数据传输效率,同时也极大地节省了通信系统的总体成本。

在实际应用中,如何计算多路复用器的导通电阻?我们示例说明:

上图显示了MUX36S08的导通电阻曲线之一。您可以看到电阻根据温度和施加的信号(源极或漏极电压)而变化。通过改变信号电压产生的曲线称为导通电阻平坦度,它会引入非线性和增益变化。如果图 1 中的电路具有完整的 ±18V 正弦信号,并且温度从 -40°C 升至 125°C,则多路复用器的导通电阻可能会在约 75Ω 至 250Ω 之间变化,从而导致 -0.44 至 -0.73。有效增益范围。

多路复用器和数据选择器的区别

多路复用器(Multiplexer, MUX)和数据选择器在功能上实际上是同一个概念的不同叫法,它们通常指代同一种电路结构,主要用于从多个输入中选择一个信号传输到唯一的输出端。以下是它们的共同特点:

  1. 基本功能:都具有选择功能,可以根据一组选择控制信号从多个输入数据中选出一个数据,并将其发送到单一输出端。

  2. 结构:通常包含多个数据输入端、若干选择输入端(控制信号),以及一个输出端。

  3. 操作方式:控制信号决定哪一个输入数据被传输到输出端。

尽管它们在本质上相同,但在不同的上下文中可能强调的重点不同:

  • 多路复用器:更强调的是信号的复用过程,即将多个信号合并成一个信号在单一信道上传输,常用于通信系统和数据传输中,实现资源的共享。

  • 数据选择器:在数字逻辑电路设计领域,更多地用来表示能够根据控制信号选择合适数据的功能模块,侧重于逻辑层面的选择行为。

在数字电路设计中,两者并无实质性区别,都是通过控制信号来实现数据通道的选择,只是在不同应用场景中名称有所偏好。

 

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