マルチプレクサ、多重化回路(multiplexer)は、電子回路において複数の入力信号のうち一つを選択して出力する回路(セレクタ)を指し、通信分野では複数の入力信号を多重化して出力することを指す。MUXとも略される。また、この逆の操作をデマルチプレクサ(de-multiplexer、DEMUX)という。
本記事では、回路におけるマルチプレクサを説明する。通信分野における用法は多重化を参照のこと。
デジタル回路 マルチプレクサ
デジタル回路では、マルチプレクサはn本の制御入力、2n本のデータ入力、1本のデータ出力を持つ回路である。回路図では縦長の矩形や横長の等脚台形で表され、短辺に制御入力、入力と出力は対向する辺に生やす。
選択制御入力(selection inputs)に従い、複数の入力信号から一つを選択して出力信号とする。
2入力マルチプレクサは単純な論理ゲートの組み合わせで実現できる。入力Aと入力Bのいずれかを、選択制御入力Sの値に従って出力Yとして選択する。積和標準形では以下の通り。
真理値表では以下の通り。 ABSY0000 (B選択)0010 (A選択)0101 (B選択)0110 (A選択)1000 (B選択)1011 (A選択)1101 (B選択)1111 (A選択) あるいは、カルノー図で表すと以下のようになる。 YS01AB0000011011111001
大きなマルチプレクサも一般的である。例えば、8入力マルチプレクサは8本のデータ入力と3本の選択制御入力がある。
データ入力をX0からX7、選択制御入力をS4、S2、S1とする。S4とS1が真、S2が偽の場合、出力はX5となる。
マルチプレクサの連結 小さいマルチプレクサを複数連結することで、大きなマルチプレクサを構成できる。例えば、8入力マルチプレクサは、2個の4入力マルチプレクサの出力を1個の2入力マルチプレクサの入力に接続することで構成できる。2個の4入力マルチプレクサの選択制御入力(各2本)には同じ信号を接続するため、全体として選択制御入力は3本となり、8入力マルチプレクサと等価になる。
マルチプレクサ機能のあるIC 7400シリーズのマルチプレクサ機能を持つICを以下に列挙する。 IC型番 機能 出力状態 74157 2入力MUX×4 出力は入力と同じ 74158 2入力MUX×4 出力は入力を逆転させたもの 74153 4入力MUX×2 出力は入力と同じ 74352 4入力MUX×2 出力は入力を逆転させたもの 74151A 8入力MUX 出力は2本。一方は逆転させたもの 74152 8入力MUX 出力は入力を逆転させたもの 74150 16入力MUX 出力は入力を逆転させたもの
デマルチプレクサ
機能的には出力先を選んで出力する「セレクタ」であり、そのように呼ばれることもある。デマルチプレクサは一つの入力と複数の選択制御入力、複数の出力から構成される。選択制御入力の値に従ってデータ入力をいずれかの出力に送り出す。
例えば、8出力デマルチプレクサは、1本のデータ入力(X)、3本の選択制御入力(S4、S2、S1)、8本のデータ出力(A0~A7)を持つ。S4とS1がHigh、S2が偽なら、出力A5はXと等しくなる。他の出力はすべてLowとなる。
デマルチプレクサの入力を常に High に固定したものはデコーダであり、選択制御入力に応じて、いずれか1本のデータ出力が High になる。
汎用ロジックIC 以下は74シリーズ汎用ロジックICのデマルチプレクサである。
IC型番 機能 出力状態 74139 4出力DEMUX×2 出力は入力を逆転させたもの 74155 4出力DEMUX×2 両方の出力がある。 74156 4出力DEMUX×2 出力はオープンコレクタ 74138 8出力DEMUX 出力は入力を逆転させたもの 74154 16出力DEMUX 出力は入力と同じ 74159 16出力DEMUX 出力はオープンコレクタで、入力と同じ
アナログ回路
アナログ回路には、上記のマルチプレクサやセレクタのデータ入出力に方向性がなく、あたかもワイヤで直結されているかのように双方向で信号をやり取りできる回路がある。原理的にマルチプレクサとセレクタの機能を持ち、アナログスイッチなどと呼ばれる。
4000シリーズ汎用ロジックICでは4016・4066, 4051・4052・4053がアナログスイッチである。(4066は4016のオン抵抗を下げた改良版で、メーカーによっては4016番は別の機能ICに使っていることもあるので注意)
応用例として、複数の監視カメラの映像信号を一つのディスプレイに表示するときに時間を区切って自動的に映像信号を切り替える電子回路がある。
脚注
参考文献
関連項目 バレルシフタ 逆マルチプレクサ