Multiplexer

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Il termine multiplexer, o multiplatore, viene usato sia in elettronica che in telecomunicazioni con significati diversi.

Elettronica[modifica | modifica sorgente]

Simbolo circuitale (IEC) del Multiplexer

In elettronica, il termine può riferirsi ad una tipologia di circuiti integrati, oppure ad una particolare apparecchiatura completa. Nel primo caso un multiplexer o mux o selettore è un dispositivo capace di selezionare un singolo segnale elettrico fra diversi segnali in ingresso in base al valore degli ingressi di selezione. Esistono multiplexer sia per segnali digitali che per segnali analogici (amux).

Per esempio, un multiplexer a 2 ingressi è una semplice porta logica la cui uscita Y assume il valore di uno dei due ingressi A o B in base al valore del terzo ingresso di selezione S. L'equazione booleana è:

  • Y = (A and not S) or (B and S)

Che può essere espressa dalla seguente tabella di verità:

Input Output
A B S Y
1 1 0 1
1 0 0 1
0 1 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 0 1 0
0 1 1 1
0 0 1 0

Questa tabella di verità mostra che quando il selettore è uguale a "0", allora Y è collegato ad A; mentre quando il selettore è uguale ad "1", Y è dipendente da B.

Sono di uso comune multiplexer con molte porte. Per esempio, un multiplexer a otto ingressi può smistare otto diversi segnali, tramite tre segnali logici di selezione. I segnali di ingresso sono numerati da X0 a X7, e gli ingressi di selezione sono numerati S2, S1 e S0. Se S2 e S0 sono a '1' e S1 è a '0', per esempio, l'uscita sarà uguale a X5. In genere i multiplexer possono essere implementati con le porte logiche elementari, quali AND, OR, NAND ecc.

Di solito gli ingressi di selezione sono n, mentre le variabili in entrata sono 2^n o meno.

Dispositivi commerciali[modifica | modifica sorgente]

TTL 74150 mux a 16 ingressi

TTL 74151 mux a 8 ingressi

TTL 74153 due mux a 4 ingressi

CMOS 4019B quattro mux a 2 ingressi

CMOS 4051B mux a 8 canali analogici

In riferimento alle apparecchiature commerciali progettate per questa funzione, può essere preso come esempio il modello 3488A del costruttore HP definito SWITCH/CONTROL UNIT, un apparecchio piuttosto diffuso negli anni 80-90, programmabile in linguaggio BASIC, dotato di un pannello provvisto di una serie di tasti di selezione e un display alfanumerico LCD che ne visualizza lo stato operativo. L'unità è provvista di 5 slot in cui inserire schede opzionali in base alle proprie necessità, sono disponibili: un multiplexer a 10 canali, uno scanner per segnali a frequenza VHF, una scheda generica a relè, una scheda a matrice, un scheda I/O digitale, e una scheda vergine, utile nel caso di circuiti progettati in proprio, l'interfaccia di comunicazione è naturalmente la IEEE 488.

Demultiplexer[modifica | modifica sorgente]

Schema elettrico di un demultiplexer ( o demultiplex.

Il dispositivo complementare, il demultiplexer, ha un solo ingresso e diverse uscite. Un demultiplexer è un circuito logico la cui principale funzione è inversa a quella del Multiplexer. Esso è quindi una rete combinatoria con k ingressi (di selezione) e m = 2^k uscite, ciascuna delle quali è attiva soltanto in corrispondenza di uno dei 2^k valori di ingresso. I piedini in basso (che si vedono anche in figura) sono detti di indirizzamento ( o ingresso di selezione). In base al valore degli ingressi di selezione, l'ingresso viene collegato a una delle uscite. Per esempio, un demux a otto uscite ha un segnale di ingresso (X), tre ingressi di selezione (S2, S1 e S0), e otto uscite (da A0 a A7). Se per esempio S2 e S0 sono a '1' e S1 è a '0', l'uscita A5 sarà uguale ad X e tutte le altre uscite saranno messe a 0. Il demultiplexer ha la funzione esattamente inversa al multiplexer: il multiplexer infatti riunisce più entrate in un'unica uscita mentre il demultiplexer smista un ingresso in più uscite.

Telecomunicazioni[modifica | modifica sorgente]

Semplice multiplexer e demultiplexer telefonico a divisione di tempo

Nelle telecomunicazioni un multiplexer, anche detto multiplatore, spesso abbreviato in mux o muldex, è un dispositivo che permette di far condividere la capacità disponibile di un unico mezzo trasmissivo (fibra ottica, doppino in rame, etc.) fra più canali trasmissivi (multiplazione).

In ricezione, il dispositivo complementare si chiama demultiplexer o demux e permette di separare i diversi canali trasmissivi originali.

Il multiplexing può essere a divisione di tempo o a divisione di frequenza. Su un generico mezzo i due metodi sono incompatibili e richiedono una scelta esclusiva, anche se in teoria possono essere combinati tra loro in modo gerarchico (ad esempio, un segnale multiplato a divisione di tempo può essere inserito in un canale di un sistema a divisione di frequenza, o viceversa).

Entrambe le tecniche sono abbinabili sia a un segnale analogico che a un segnale digitale. Tuttavia, storicamente esiste un abbinamento preferenziale fra multiplexing a divisione di tempo e segnale digitale, e tra multiplexing a divisione di frequenza e segnale analogico.

Un più moderno sistema di multiplexing è quello che si ottiene "mascherando" il segnale di ogni utente sovrapponendogli un differente codice-chiave, rappresentato da una sequenza pseudo casuale algoritmo di Viterbi; tale mascheratura sarà poi annullata in ricezione. Il vantaggio di questa tecnica di multiplexing, oltre alla criptatura del messaggio, è che la soglia massima al numero di possibili utenti sulla stessa portante radio è teoricamente illimitato (praticamente è limitato dalla soglia accettabile del degrado della qualità del segnale di tutti gli altri utenti attivi, ma, nello stesso tempo ciò consente di accettare, in condizioni di emergenza, un numero di accessi superiore a quello stabilito).

Tecniche di multiplexing[modifica | modifica sorgente]

Le tecniche più utilizzate per ottenere il multiplexing di più canali sono la multiplazione a divisione di tempo (Time Division Multiplexing TDM) e a divisione di frequenza (Frequency Division Multiplexing - FDM). Per trasmissioni digitali invece si utilizza TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access) e il CDMA (Code Division Multiple Access).

In una tipica applicazione telefonica digitale, con multiplexing a divisione di tempo sullo stesso mezzo vengono trasmessi a intervalli regolari di tempo segnali di 30 canali diversi, più due canali di controllo. Tipicamente si tratta di un MUX che trasmette 8 chiamate contemporaneamente sullo stesso doppino, elevando la banda da 64 kbit/sec. a 2 Mbit/s. Questo viene detto un "flusso primario".

Il segnale telefonico viene campionato alla frequenza di 8 KHz, quindi un singolo segnale telefonico è costituito da un campione sonoro di 8 bit ogni 125 μs. Il segnale multiplato contiene 32 campioni da 8 bit ogni 125 μs.

Il gestore invece di posare 30 doppini dedicati, ne posa uno con caratteristiche elettriche migliori per tutti risparmiando quasi 10 volte sui costi di cablaggio.

Nel multiplexing a divisione di frequenza si utilizzano 10 frequenze diverse in modo che la portante conduca delle sottoportanti, ossia dove transita un segnale ne transitano 10 con frequenze abbastanza distanti da non interferire. Questa tecnica è ormai in disuso nella telefonia, sostituita dalla multiplazione a divisione di tempo e dal segnale digitale.

Una applicazione ancora popolare della multiplazione a divisione di frequenza è l'ADSL, dove su un doppino vengono multiplati un segnale analogico (la conversazione telefonica tradizionale) e i due segnali digitali della connessione internet (l'upload e il download). Questa operazione è svolta dal modem ADSL in casa dell'utente e da un apparato detto DSLAM installato nella centrale telefonica che, in upload, converte (modula) in segnali digitali i segnali ADSL multiplati in analogico su doppino di più utenti e li multiplexa su un canale a gerarchia superiore ovvero la fibra ottica e viceversa in download verso l'utente.

Multiplexer telefonico[modifica | modifica sorgente]

In particolare viene detto multiplexer anche un dispositivo che veniva installato lungo le linee telefoniche per portare fonia nelle zone a bassa densità abitativa o da poco in espansione, dove non conveniva (almeno inizialmente) costruire una centrale telefonica. Oggi questo dispositivo risulta limitante per lo sviluppo dell'adsl. I multiplexer vengono chiamati anche con l'abbreviazione Mux e sono di due tipi MD48 (più vecchi) e MPX1(più recenti) vi è inoltre un terzo tipo MUX ASS che a differenza dei primi due serve meno utenze variabili ma mediamente 30-60, ed è collegato alla centrale tramite rame e non tramite fibra a differenza degli MD48 e MPX1. Attualmente i recenti mux sono in grado di far erogare ADSL mentre per i modelli MD48 e MPX1 sono stati ideati i Minicab detti in gergo "zainetti" che permettono ad un massimo di 48 utenze servite da mux di usufruire di adsl e supportano la tecnologia ADSL2+ anche se al momento quest'ultima non è funzionante poiché vi sono ancora problemi di surriscaldamento. Questi zainetti sono stati installati in via sperimentale in alcune delle zone provviste di mux delle grandi città. Si prevede che presto questi zainetti verranno installati in tutte le zone multiplate di tutti i comuni italiani e le utenze servite saranno tutte quelle sotto MUX. Per quanto riguarda invece le zone dove sono installati MUX ASS si prevede che verranno coperte utilizzando la stessa tecnologia usata per i concentratori (UCR) e le aeree troppo distanti dalle centrali telefoniche, ovvero i minidslam da armadio, installabili nell'armadio accanto al MUX, erogando un adsl di 0.640 Mb/s.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]