Multipleksery 8 bitowe, kanałowe (wejściowe)

Multipleksery analogowe

Podstawową różnicą pomiędzy multiplekserami analogowymi i cyfrowymi jest sposób budowy części struktury półprzewodnikowej, odpowiadającej za właściwe przełączanie wejść. Multipleksery analogowe opierają się w swojej konstrukcji na tranzystorach polowych, połączonych w sposób, który umożliwia jednoczesne załączanie i wyłączanie obwodów, zdolnych do przewodzenia prądu w obu kierunkach. Gdyby nie takie komplementarne pary tranzystorowe, dany przełącznik mógłby obsługiwać jedynie sygnały o ściśle określonej polaryzacji – zastosowanie par tranzystorów pozwala na bezproblemową transmisję sygnałów zmiennych (w zakresie napięć zwykle od zera woltów do napięcia dodatniej szyny zasilania układu, np. 5 V), a w niektórych przypadkach nawet bipolarnych napięć przemiennych (mogących przyjmować wartości dodatnie, jak i ujemne względem masy – tutaj jednak konieczne jest użycie specjalnego rodzaju multipleksera, umożliwiającego zasilanie symetryczne części analogowej). Często wystarczające okazują się jednak klasyczne multipleksery 8 bitowe – np. niezwykle popularny układ 4051 z rodziny CMOS 4000.

Multipleksery cyfrowe

Odmienną grupą układów są multipleksery cyfrowe. Tutaj mamy do czynienia z diametralnie inną konstrukcją części przełączającej, opartą na bramkach logicznych i układzie dekodowania wejść adresowych. Obsługa sygnałów analogowych nie byłaby tutaj możliwa, gdyż już na pierwszym stopniu części przełączającej wartość napięcia jest dyskretyzowana do postaci stanu logicznego niskiego (L) lub wysokiego (H) – oryginalny poziom napięcia „nie przechodzi dalej” przez strukturę kolejnych bloków układu. Warto dodać, że tego typu multipleksery bardzo rzadko można spotkać w formie osobnych układów scalonych – najczęściej wykorzystywane w praktyce układy (np. ze wspomnianej rodziny CMOS 4000) to multipleksery analogowe. Odmiany „czysto cyfrowe” są natomiast bardzo szeroko stosowane w strukturach mikrokontrolerów, układów programowalnych i różnego rodzaju cyfrowych układów scalonych o złożonej funkcjonalności. Należy jednak pamiętać, że wiele spośród multiplekserów analogowych może pracować także z sygnałami cyfrowymi – skoro są one w stanie przenosić dowolne przebiegi nie wykraczające poza napięcie zasilania, to nic nie stoi na przeszkodzie, aby sygnały te miały wartości binarne (np. 0V i 5 V).

Ekspandery I2C

Szczególną odmianą multiplekserów są ekspandery szyny I2C. Jak wiadomo, na jednej magistrali I2C może pracować jednocześnie nie tylko jeden układ nadrzędny (master) i jeden podrzędny (slave) – teoretycznie można podłączyć do niej naraz kilka, kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt układów (w praktyce rzadko stosuje się sieci aż tak rozbudowane, ma to jednak związek ze zjawiskami związanymi z ograniczeniem częstotliwości przełączania). Ważne, by każde z urządzeń slave miało inny adres wywoławczy, po którym będzie mogło ono odpowiedzieć układowi master za pomocą bitu potwierdzenia (ACK/NAK) albo całej ramki danych. Ale co zrobić, jeżeli zachodzi potrzeba podłączenia naraz wielu układów (np. cyfrowych czujników temperatury) o takim samym adresie? Wtedy z pomocą przychodzą specjalne multipleksery 8-kanałowe, dedykowane właśnie dla magistrali I2C. Dobrym przykładem będzie tutaj układ TCA9548A firmy Texas Instruments. Ten niewielki układ scalony, na bazie którego powstał użyteczny moduł Adafruit 2717 (dostępny od ręki w naszej ofercie) pozwala na podłączenie nawet do 8 osobnych magistral I2C, wybieranych za pomocą cyfrowych wejść adresowych. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby do każdej z tych „nowych” magistral podłączony był osobny czujnik – takie same adresy wszystkich układów slave nie spowodują kolizji na szynie danych, ponieważ… w danym momencie dla magistrali widoczny będzie tylko jeden z nich.