Multipleksaus

Julkaistu: lauantai 11.2.2017

Multipleksaamisella tarkoitetaan toimintaa, missä useampaa eriarvoista analogista tai digitaalista signaalia yhdistetään samassa väylässä toisiinsa niin, että ne ovat ikään kuin yhtä ja samaa signaalia, mutta kuitenkin toisistaan erillään.

Esimerkiksi LED-matriisin multipleksauksessa muodostetaan ihmiselle näkymä siitä, että näytöllä olisi kuva, joka näyttäisi muodostuvan useamman ledin loisteesta. Oikeasti näin ei ole, vaan kutakin lediä näytetään vain pienen hetken verran jolloin saadaan syntymään vaikutelma kuvasta. Kyseessä on siis illuusio, minkä aivomme tulkitsevat kuvaksi.

Multipleksausta voidaan kutsua myös skannaukseksi, mikä tarkoittaa sitä, että muistista skannataan kunkin rivin sytytettyjä ledejä ja ohjataan ne päälle tarpeen mukaan. Käytännössä koodi täytyykin tällä skannaus menetelmällä rakentaa.

Ehkä hankalasti selitetty, joten katsotaanpa auttaisiko kuvat paremmin tähän selitykseen:

Multipleksaus

Yllä olevassa animaatiossa nähdään multipleksaus käytännössä. Jos tarkkaavaisesti katsot, niin sytytetyistä ledeistä muodostuu peilikuva F-kirjaimesta. Multipleksauksen avulla se saadaan näkymään niin, että F-kirjain olisi näytössä koko ajan, vaikka todellisuudessa vain yhden rivin tai sarakkeen ledit voivat olla sytytettyinä joko yksitellen, tai koko rivi/sarake kerrallaan.

Multipleksauksen tarkoituksena on siis vähentää IO-nastojen määrää. Ilman multipleksausta tarvitsisimme 8x8=64 ohjauspinniä kaikkien ledien ohjaamiseksi. Multipleksausta voidaan kutsua myös "muxaukseksi".

Multiplekseri ja demultiplekseri

Multiplekseriksi kutsutaan yleensä piiriä, joka kyseisen toiminnon, eli multipleksauksen hoitaa. Kaupallisesti on saatavilla analogisia ja digitaalisia multipleksereitä, eli MUX-piirejä. Näitä ohjataan kuitenkin pääsääntöisesti digitaalisesti, vaikka muxattavat signaalit olisivatkin analogisia.

Multipleksausta voidaan käyttää, ja usein käytetäänkin, lähtöjen ohjaamiseen, mutta monesti sitä voidaan käyttää myös tietoliikenteen koodaamiseen. Tietoliikennetekniikassa tarvitaan tällöin multiplekserin lisäksi myös de-multiplekseri, eli piiri joka purkaa ns. "koodatun" signaalin takaisin alkuperäiseksi. Alla oleva Wikipedian symboli esittää tätä tapausta:

MUX <-> DE-MUX

Kuvassa multiplekseriin tulleet signaalit yhdistetään jollakin tavalla (aika, vaihe, taajuus) ja syötetään siirtolinjaan. Siirtolinjana voi toimia kaapeli(t) tai langaton signaali eli radioaalto. Kun signaali saavuttaa toisen pään demultiplekserissä, niin se puretaan takaisin alkuperäiseen muotoonsa ja jatkaa matkaansa jatkokäsittelyä varten, mitä se nyt ikinä sitten siinä tapauksessa onkaan.

Tässä tapauksessa signaali on multipleksattu, tai koodattu, mutta multipleksauksella voidaan myös valita jatkokäsittelyyn vain yksi signaali kerrallaan aina tiettynä ajan hetkellä.

Esimerkki: 2:1 multiplekseri (aikaperustainen mux)

2:1 mux

 

Yllä oleva kuva esittää 2:1 -multiplekseriä, missä kaksi digitaalista signaalia voidaan valita siirrettäväksi mux-piirin lähtöön (output) valintasignaalin (select) perusteella. Enable-signaali puolestaan tekee varsinaisen siirron tulosta lähtöön, eli vasta enable-signaalin aktivoitumisen jälkeen valittu signaali näkyy lähdössä. Tällainen toiminta on ns. "latch"-tyyppistä.

Jos kyseessä olisi analoginen mux, niin erona ei olisi digitaaliseen muuta kuin se, että mux-piirin D1 ja D0 sekä Y olisivat analogisia. Muxiin voisi silloin kytkeä esimerkiksi kaksi potentiometriä ja lukea niiden arvoa AD-uuntimella vuorotellen.

Lisätietoa

Signaaleiden paketointia ja purkua voidaan tehdä monessa eri muodossa ja tekniikoitakin löytyy useita erilaisia. Mikäli aihe tarkemmin kiinnostaa, niin suosittelen lukemaan sivun lopusta löytyvät linkit ja lähteet.

Myös Youtube kannattaa tarkastaa videoiden ja selitysten varalta, sieltäkin löytyy paljon lisätietoa aiheesta. Tosin englanniksi, mutta jos elektroniikkaa aikoo harrastaa niin kieli on vähän pakko opetella. Esimerkkilinkki yhteen videoon: Multiplexing (for beginners) - Ec-Projects.

Lähteet ja linkit:

https://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing
http://macao.communications.museum/eng/exhibition/secondfloor/MoreInfo/2_8_6_Multiplexing.html
http://www.electronicshub.org/multiplexerandmultiplexing/