Multiplexores y demultiplexores

En el diseño de circuitos digitales es habitual encontrarse de forma reiterada con las mismas necesidades que requieren las mismas soluciones. Esto da lugar a un conjunto de subcircuitos que aparecen con mucha asiduidad a la hora de proporcionar una solución a un problema.  Estos elementos se estudian en profundidad ya que por una parte ahorran tiempo de diseño (no debe «reinventarse la rueda») y por otra parte están disponibles con circuitos integrados comerciales o en forma de bloques en los programas de diseño electrónico.

Multiplexores

Este el primero de estos elementos o subcircuitos comunes a muchos diseños.  Un multiplexor es un circuito combinacional de varias entradas de señal y una única salida.  Dispone además de unas entradas de selección que permiten redirigir cualquiera de las entradas elegidas a la salida. En sentido estricto, las entradas de selección se deben considerar exactamente igual que las otras entradas de señal, pero debido a su particular propósito («selección») suelen dibujarse separadas. En la figura siguiente se muestra un multiplexor de 4 a 1:

Multiplexor 4 a 1

Se suele indicar 4 a 1 para proporcionar el número de entradas de señal que puede manejar (X0, X1, X2 y X3).  Como se ha comentado antes, las entradas de selección (C1 y C0) aunque son propiamente entradas del circuito, se dibujan en un lateral (en la parte inferior en este caso) con el objeto de clarificar su función.

Por otra parte, se puede observar que una vez fijado el número de entradas, queda unívocamente fijado el número de entradas de selección ya que si dispone de N entradas de selección se podrán seleccionar 2^N entradas de señal. La función lógica de este circuito es muy sencilla de obtener (incluyendo únicamente los términos que dan lugar a 1) y es la siguiente :

• Y = X0·C1’·C0′ + X1·C1’·C0 + X2·C1·C0′ + X3·C1·C0

Por ejemplo, el primer término refleja que la salida será 1 si X0 = 1 y la combinación C1C0 = 00, que corresponde a la selección de la entrada X0. y así para los otros 3 términos de la suma de productos.

Utilizando este método, se puede obtener la función algebraica de cualquier multiplexor. En la figura siguiente se muestra el símbolo que normalmente se utiliza para representar multiplexores, en este caso, particularizado para un multiplexor 2 a 1

Multiplexor 2 a 1 y circuito eléctrico equivalente (Extraído de la Wikipedia)

En la parte derecha de la figura se observa el equivalente eléctrico del multiplexor.  Se puede observar que tiene forma de trapecio girado 90º. El circuito de selección actúa como un conmutador que conecta la entrada requerida a la salida para que pueda fluir la señal.

Demultiplexores

Los demultiplexores efectúan la operación inversa de los multiplexores y se utilizan para distribuir una señal que llega por una única entrada a un conjunto de salidas.  De la misma forma, las entradas de selección permite elegir a cual de las salidas se redirige la señal de entrada.

En este caso, se cumple igualmente que N entradas de selección va a permitir distribuir la señal en 2^N salidas. Si consideramos una única entrada X y un conjunto de salidas Y0, Y1, Y2, Y3, ya se puede deducir que tendrá dos entradas de selección,por ejemplo, S0 y S1.

Las funciones de cada una de las salidas se pueden expresar de forma independiente y son las siguientes:

• Y0 = X·S1’·S0′
• Y1 = X·S1’·S0
• Y2 = X·S1·S0′
• Y3 = X·S1·S0

En la que por ejemplo, la salida Y0 sólo tiene un 1  cuando la entrada X=1 y la combinación S1S0 = 00 indica que es la salida seleccionada. Al igual que en el caso anterior, el patrón de cada función algebraica permite desarrollar las funciones de salida para cualquier demultiplexor.

El símbolo genérico de este elemento digital se muestra en la siguiente figura particularizado para un demultiplexor 1 a 2. Se puede observar que tiene también la forma de un trapecio (girado 90º).

Símbolo del demultiplexor y equivalente eléctrico (Extraído de la Wikipedia)

En la parte derecha se muestra el equivalente eléctrico del demultiplexor. Funciona como un conmutador que permite conectar la entrada con la salida deseada para que fluya la señal.