Demultiplexores

Un demultiplexor consta de una entrada de datos, varias señales de control y las líneas de salida

El demultiplexor es un circuito destinado a transmitir una señal binaria a una determinada línea, elegida mediante un seleccionador, de entre las diversas líneas existentes. El dispositivo mecánico equivalente a un demultiplexor será un conmutador rotativo unipolar, de tantas posiciones como líneas queramos seleccionar. El seleccionador determina el ángulo de giro del brazo del conmutador.

La analogía mecánica de un demultiplexor es un selector con una entrada y varias posiciones de salida

Un decodificador se convierte en un demultiplexor añadiéndole una señal más a su circuitería interna. Si se aplica esta señal, la salida será el complemento de dicha señal, ya que la salida es 0 si todas las entradas son 1, y aparecerá únicamente en la línea seleccionada.

Se puede aplicar a un demultiplexor una señal de habilitación o "enable", conectándose en cascada el decodificador con el circuito compuesto de una puerta AND y dos puertas NOT cuyas entradas son la señal de habilitación y el dato que queremos transmitir.

Si la entrada de habilitación es 0, la salida será el complemento del dato, es decir, que el dato aparecerá en la línea con el código deseado. Si la entrada de "enable" es 1, la salida será 0, se inhiben los datos en cualquier línea y todas las entradas permanecen en 1.

Veamos, de otra manera, en qué consiste la función de un circuito demultiplexor. Estos son circuitos que realizan una función contraria a la de los multiplexores, es decir, tienen una única entrada de datos que, mediante unas entradas de control, se pone en comunicación con una de entre varias salidas de datos. La salida concreta seleccionada depende de la combinación de valores lógicos presentada en las entradas de control.

De la definición ya se desprende que cualquier decodificador que excite sólo una salida entre varias, y esté provisto de entrada de inhibición o "enable", puede utilizarse como demultiplexor, ya que las entradas del código se pueden emplear como entradas de control y la señal de inhibición como entrada de datos.

Por el contrario, los decodificadores del tipo BCD a 7 segmentos que dan varias de sus salidas para cada combinación de entrada, no pueden ser utilizados como demultiplexores.

En la práctica, no existen circuitos integrados demultiplexores, sino que se fabrican circuitos decodificadores/demultiplexores, que en realidad son decodificadores con entrada de inhibición ("enable" o "strobe"). En la figura se muestra la construcción mediante puertas lógicas de un decodificador/demultiplexor de 2 a 4 líneas.

A continuación, veremos el funcionamiento de un decodificador como demultiplexor. Suponemos que se ha representado una combinación de entradas, como por ejemplo 1 0 1, es decir, A /B C, y con ellas se selecciona la salida número 5. Cuando se ponga 1 en la entrada de "enable" se tendrá 1 en la salida 5, y cuando se ponga 0 en la señal de "strobe" aparecerá 0 en 5, es decir, que la salida sigue a la entrada de datos y ésta es, precisamente, la función del demultiplexor.

Multiplexor

En el campo de las telecomunicaciones el multiplexor se utiliza como dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo.

Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo.

Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión, existen varias clases de multiplexación:

La multiplexación por división de frecuencia (MDF) o (FDM), del inglés Frequency Division Multiplexing, es un tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de transmisión analógicos. La forma de funcionamiento es la siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así se pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.

El FDM es un esquema análogo de multiplexado; la información que entra a un sistema FDM es analógica y permanece analógica durante toda su transmisión. Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM, que ocupa un espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el audio de cada estación con el espectro original de frecuencias, sería imposible separar una estación de las demás. En lugar de ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta de portadora, y produce una señal de doble banda lateral de 10KHz.

Hay muchas aplicaciones de FDM, por ejemplo, la FM comercial y las emisoras de televisión, así como los sistemas de telecomunicaciones de alto volumen. Dentro de cualquiera de las bandas de transmisión comercial, las transmisiones de cada estación son independientes de las demás.

Una variante de MDF es la utilizada en fibra óptica, donde se multiplexan señales, que pueden ser analógicas o digitales, y se transmiten mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, dando lugar a la denominada multiplexación por división de longitud de onda, o WDM del inglés Wavelength Division Multiplexing.

En la Figura 1 siguiente se representa, de forma muy esquematizada, un conjunto multiplexor-demultiplexor por división de frecuencia para tres canales, cada uno de ellos con el ancho de banda típico del canal telefónico analógico (0,3 a 3,4 kHz).

En

esta figura, se puede ver como la señal de cada uno de los canales modula a una portadora distinta, generada por su correspondiente oscilador (O-1 a O-3). A continuación, los productos de la modulación son filtrados mediante filtros paso banda, para seleccionar la banda lateral adecuada. En el caso de la figura se selecciona la banda lateral inferior. Finalmente, se combinan las salidas de los tres filtros (F-1 a F-3) y se envían al medio de transmisión que, en este ejemplo, debe tener una de banda de paso comprendida, al menos, entre 8,6 y 19,7 kHz. En el extremo distante, el demultiplexor realiza la función inversa. Así, mediante los filtros F-4 a F-6, los demoduladores D-1 a D-3 (cuya portadora se obtiene de los osciladores O-4 a O-6) y finalmente a través de los filtros paso bajo F-7 a F-9, que nos seleccionan la banda lateral inferior, volvemos a obtener los canales en su banda de frecuencia de

0,3 a 3,4 kHz.

La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time Division Multiplexing, es la más utilizada en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo). En la figura 1 siguiente se representa, de forma muy esquematizada, un conjunto multiplexor-demultiplexor para ilustrar como se realiza la multiplexación-desmultiplexación por división de tiempo.

En este circuito, simplificando mucho el proceso, las entradas de seis canales llegan a unos denominados interruptores de canal, los cuales se van cerrando de forma secuencial, controlados por una señal de reloj. De forma que cada canal es conectado al medio de transmisión durante un tiempo determinado por la duración de los impulsos de reloj.

En el extremo distante, el desmultiplexor realiza la función inversa, esto es, conecta el medio de transmisión, secuencialmente, con la salida de cada uno de los seis canales mediante interruptores controlados por el reloj del demultiplexor. Este reloj del extremo receptor funciona de forma sincronizada con el del multiplexor del extremo emisor mediante señales de temporización que son transmitidas a través del propio medio de transmisión o por un camino

La multiplexación por división de código o CDMA (Code Division Multiple Access) es un término genérico para cualquier método de multiplexación o control de acceso al medio basado en la tecnología de espectro ensanchado (spread spectrum). Habitualmente se emplea en comunicaciones inalámbricas (radiofrecuencia), aunque también puede usarse en sistemas de fibra óptica o de cable. El concepto de "espectro extendido" se basa en el empleo de códigos de secuencia directa, saltos en frecuencia o una combinación de ambos para repartir la energía transmitida durante una comunicación en todo el rango de frecuencias disponible. El receptor capta el conjunto de transmisiones existente y selecciona la de interés mediante el uso de códigos ortogonales, o bien seleccionando el canal en que se haya producido la comunicación si el esquema emplea saltos en frecuencia. Otros esquemas de multiplexación emplean la división en frecuencia (FDMA), en tiempo (TDMA) o una combinación de ambas para alcanzar el mismo objetivo: la separación de las distintas comunicaciones que se estén produciendo en

cada momento, y evitar o suprimir las interferencias entre ellas.

Multiplexación por división de longitud de onda

En telecomunicación, la multiplexación por división de longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. Este término se refiere a una portadora óptica (descrita típicamente por su longitud de onda) mientras que la multiplexación por división de frecuencia generalmente se emplea para referirse a una portadora de radiofrecuencia (descrita habitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, y la radiofrecuencia y la luz son ambas formas de radiación electromagnética, la distinci

ón resulta un tanto arbitraria.

El d

ispositivo que une las señales se conoce como multiplexor mientras que el que las separa es un demultiplexor. Con el tipo adecuado de fibra puede disponerse un dispositivo que realice ambas funciones a la vez, actuando como un multiplexor óptico de inserción-extracción. Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad total 25.6 Tb/s sobre un solo par de fibra.

Decodificadores

El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un número binario (entrada) en word de "unos" y "ceros" (niveles altos y bajos de voltaje) con un orden distinto, para ejecutar un trabajo especial. En otras palabras, el word que sale es diferente al word que entró, aunque tenga la misma cantidad de bits. En Electrónica Digital es a menudo necesario pasar un número binario a otro formato, tal como el requerido para energizar los siete segmentos de los display hechos con diodos emisores de luz, en el orden adecuado para que se ilumine la figura de un individual número decimal.
Los decodificadores son también usados en los microprocesadores para convertir instrucciones binarias en señales de tiempo, para controlar máquinas en procesos industriales o implementar circuitos lógicos avanzados. El decodificador convierte números binarios en sus equivalentes Octales (base 8), decimales (base 10) y Hexadecimales (base 16).

Aplicaciones del Descodificador.

Su función principal es la de direccionar espacios de memoria. Un descodificador de N entradas puede direccionar 2^N espacios de memoria.

Para poder direccionar 1kb de memoria necesitaría 10 bits, ya que la cantidad de salidas seria 2¹⁰, igual a 1024.

De esta manera: Con 20 bits => 2²⁰ = 1Mb; Con 30 bits => 2³⁰ = 1Gb, etc.

Codificador

Un codificador es un bloque combinacional hecho para convertir una entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. En otras palabras, es un circuito integrado por un conjunto de componentes electrónicos con la habilidad para mostrar en sus terminales de salida un word binario (01101, 1100, etc.), equivalente al número presente en sus entradas, pero escrito en un código diferente. Por ejemplo, un Octal-to-binary encoder es un circuito codificador con ocho entradas (un terminal para cada dígito Octal, o de base 8) y tres salidas (un terminal para cada bit binario).
Los codificadores pueden, también, proporcionar otras operaciones de conversión, tal como ocurre en las calculadoras de bolsillo con el teclado: El Keyboard (teclas, llaves) encoder convierte la posición de cada tecla (No. 9, No. 3, No. 5, + , %, etc.) en su correspondiente word asignado previamente. Un ejemplo de lo anterior es el teclado codificador en ASCII (American Standard Code for Information Interchange), que genera el word de 7 bits 0100101 cuando es presionada la tecla del porcentaje(%).

Un codificador es un circuito combinacional con 2N entradas y N salidas, cuya misión es presentar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada. Existen dos tipos fundamentales de codificadores: c

codificadores sin prioridad y codificadores con prioridad. En el caso de codificadores sin prioridad, puede darse el caso de salidas cuya entrada no pueda ser conocida: por ejemplo, la salida 0 podría indicar que no hay ninguna entrada activada o que se ha activado la entrada número 0. Además, ciertas entradas pueden hacer que en la salida se presente la suma lógica de dichas entradas, ocasionando mayor confusión. Por ello, este tipo de codificadores es usado únicamente cuando el rango de datos de entrada está correctamente acotado y su funcionamiento garantizado.

Para evitar los problemas anteriormente comentados, se diseñan los codificadores con prioridad. En estos sistemas, cuando existe más de una señal activa, la salida codifica la de mayor prioridad (generalmente correspondiente al valor decimal más alto). Adicionalmente, se codifican dos salidas más: una indica que ninguna entrada está activa, y la otra que alguna entrada está activa. Esta medida permite discernir entre los supuestos de que el circuito estuviera deshabilitado por la no activación de la señal de capacitación, que el circuito no tuviera ninguna entrada activa, o que la entrada número 0 estuviera activada.