O multiplexador e o demultiplexador são bastante utilizados em circuitos de telecomunicações. Então, é interessante aprender o que são e como funcionam.

Na aula anterior, estudamos os codificadores e os decodificadores.

Informações básicas

A ideia por trás do multiplexador e do demultiplexador é semelhante ao que foi abordado na aula passada. Eles nada mais são do que circuitos que utilizam portas lógicas para criar certas funções. E são considerados como circuitos de média complexidade.

Como o foco deste curso é a Eletrônica Digital, iremos abordar o multiplexador e o demultiplexador digital, embora exista também o analógico. Adiante entenderemos este ponto e a diferença entre eles será explicada.

Multiplexador

Conceito

O multiplexador, ou simplesmente MUX, é um circuito que possui diversas entradas e uma única saída. E ele é capaz de selecionar qual entrada será ligada na saída, sendo que só uma é ligada por vez. Por conta disto, existem entradas de “controle” que servem para fazer esta seleção.

O MUX é útil em casos em que você só tem um fio/canal e diversos dispositivos precisando de utilizar este canal. Desta forma, é possível selecionar qual dispositivo utilizará o canal em cada momento sem um atrapalhar o outro.

Exemplo de multiplexador

Para exemplificar o funcionamento do MUX, vou utilizar um MUX de 4 entradas. Como consequência, são necessárias 2 entradas de controle para selecionar qual entrada será ligada à saída. Veja a imagem abaixo:

Multiplexador de 4 entradas exemplo

De acordo com o valor de C1 e C0, alguma entrada (E0 – E3) é ligada diretamente à saída (S) enquanto as outras entradas ficam desconectadas.

A tabela-verdade deste MUX pode ser representada como:

MUX tabela-verdade

Quando C1 e C0 estiverem em nível baixo, o valor da saída S será igual ao valor da entrada E0. Isto é, se E0 estiver em alta, S estará em alta e vice-versa. Esta mesma lógica é aplicada aos demais estados de C1 e C0, que sempre selecionam uma respectiva entrada para ligar à saída.

Construindo um multiplexador

Um MUX nada mais é do que um arranjo de portas AND, cada uma ligada a uma entrada específica, e todas ligadas às entradas de controle. Além das portas AND, há também uma porta OR para interligar as saídas das portas AND.

Veja o circuito abaixo que modela o MUX de 4 entradas apresentado no tópico anterior:

Circuito MUX de 4 entradas

Na imagem acima, C0 e C1 estão em baixa, selecionando a entrada E0. E E0 está em alta, com isto, S também fica em alta.

É possível perceber que, no circuito acima, cada AND está associada a um estado das entradas de controle. A primeira AND (de cima para baixo) precisa ser acionada com C0 e C1 em baixa (00), a segunda com C0 em alta e C1 em baixa (01) e assim em diante…

Além das entradas de controle, sobram as entradas (E0-E3) nas ANDs. Por exemplo a 4ª AND: se C0 e C1 forem 1, a saída dependerá apenas do valor de E3. Se E3 estiver em baixa, a saída será 0 e se estiver em alta, a saída será 1.

Demultiplexador

Conceito

O demultiplexador, ou simplesmente DEMUX, como o próprio nome sugere, é o circuito inverso do MUX:

Ele possui uma só entrada e várias saídas. E ele é capaz de selecionar qual saída será ligada na entrada, sendo que só uma saída é ligada por vez.

Novamente, aqui também vão existir as entradas de controle que, neste caso, servem para fazer a seleção das saídas.

O DEMUX possui a mesma aplicação anterior: casos em que você só tem um fio/canal e diversos dispositivos precisando de utilizar este canal. Porém, no caso do DEMUX, ele será utilizado na outra ponta do canal, selecionando para qual dispositivo o sinal de entrada será direcionado.

Exemplo de demultiplexador

Para exemplificar o funcionamento do DEMUX, vou considerar um DEMUX de 4 saídas. Assim como antes, existirão 2 entradas de controle. Veja a imagem abaixo:

Demultiplexador de 4 entradas

De acordo com o valor de C1 e C0, alguma saída (S0 – S3) é ligada diretamente à entrada (E) enquanto as outras saídas ficam desconectadas (em nível lógico baixo).

A tabela-verdade deste DEMUX pode ser representada como:

Tabela-verdade DEMUX

Quando C1 e C0 estiverem em nível baixo, o valor da saída S0 será igual ao valor da entrada. Isto é, se E estiver em alta, S0 estará em alta e vice-versa. Esta mesma lógica é aplicada aos demais estados de C1 e C0, que sempre selecionam uma respectiva saída para ligar à entrada.

Construindo um demultiplexador

O circuito de um DEMUX é praticamente igual ao de um MUX, com a diferença que o DEMUX não utiliza uma OR para interligar as ANDs. Isso porque a saída de cada AND é ligada a um saída (S0-S3).

Veja o circuito abaixo que modela o DEMUX de 4 saídas apresentado no tópico anterior:

Circuito DEMUX de 4 saídas

Na imagem acima, C0 e C1 estão em baixa, selecionando a saída S0. E a entrada E está em alta, com isto, S0 também fica em alta.

Novamente, cada AND está associada a um estado das entradas de controle…

Por exemplo, a 4ª AND: se C0 e C1 forem 1, a saída S3 dependerá do valor de E3 enquanto as outras ficarão em nível baixo.

Observações finais

Simbologia

Ao longo do post, eu mostrei os símbolos do MUX e do DEMUX como sendo um retângulo, entretanto eles são usualmente representados em um formato trapezoidal igual ao da imagem abaixo:

Fonte: Wikipedia

O símbolo acima é apenas do MUX, mas o do DEMUX é análogo a ele (veja próximo tópico).

Ligação entre MUX e DEMUX

Recapitulando a aplicação que foi mencionada sobre transmitir várias informações em um mesmo fio/canal, agora podemos entender melhor como o MUX se interliga com o DEMUX.

Veja a imagem abaixo:

MUX e DEMUX interligados

A ideia é que um dispositivo é selecionado para transmitir (E0-E3), com isto seu sinal é transferido da entrada do MUX para a saída. Seguindo esta sequência, na outra ponta do fio/canal, uma saída correspondente ao sinal do dispositivo que transmitiu é selecionada pelo DEMUX.

Sendo mais específico, imagine que seja um sistema de telefonia: de um lado temos várias casas de um certo bairro ligadas a uma central, e do outro lado casas de outro bairro ligadas também à central. Todas as casas compartilham o mesmo fio para falar no telefone, por isto é preciso multiplexar/demultiplexar os telefones um por vez para todos conseguirem utilizar o canal. E também, por meio deste esquema, os telefones da esquerda conseguem se comunicar com qualquer telefone da direita apenas mudando a seleção desejada.

Se mais de um telefone precisar ser utilizado por vez é possível ir mandando os dados de voz de forma rápida e intercalada. Ou seja, durante um instante pequeno, o telefone E0 manda e, durante outro instante pequeno, o telefone E1 manda. Mas isto é só uma ideia de como o sistema de telefonia funciona. Na realidade ele é bem mais complexo que isto.

MUX e DEMUX digital x analógico

O MUX e o DEMUX apresentados nesta aula são digitais, o que quer dizer que o sinal de saída nos dois casos é apenas 0 ou 1.

Caso fosse necessário utilizar um MUX/DEMUX para escolher entre sinais analógicos (senoide por exemplo) seria necessário utilizar um MUX/DEMUX analógico.

O MUX/DEMUX analógico possui um circuito diferenciado do apresentado e se assemelha mais a uma chave seletora e não “digitaliza” o(s) sinal(is) de entrada.

Próximo assunto

O próximo passo será aprender sobre os circuito sequenciais, que são circuitos em que o estado da entrada depende de estados atuais e estados passados das entradas. Ou seja, é um circuito que pode variar no tempo.