45、数字电路中的多路复用器：原理、应用与设计

数字电路中的多路复用器：原理、应用与设计

1. 多路复用器基础

多路复用器（Multiplexer，简称 Mux）是一种数字开关，它能将 n 个数据源中的一个连接到输出端。一个 n 输入、b 位的多路复用器，有 n 个数据源，每个数据源宽度为 b 位，同时有 b 位输出。常见的商用多路复用器中，n 通常为 1、2、4、8 或 16，b 通常为 1、2 或 4。它有 s 个选择输入，其中 s = log₂n，还有一个使能输入 EN，当 EN = 0 时，所有输出为 0。

多路复用器的输出逻辑方程为：
[iY = \sum_{j = 0}^{n - 1} EN \cdot M_j \cdot iD_j]
其中，(iY) 是特定的输出位（1 ≤ i ≤ b），(iD_j) 是数据源 j 的第 i 位输入（0 ≤ j ≤ n - 1），(M_j) 是 s 个选择输入的最小项。当多路复用器使能且选择输入的值为 j 时，每个输出 (iY) 等于所选输入的相应位 (iD_j)。

多路复用器在需要将数据从多个源切换到一个目的地的应用中非常有用。例如在计算机中，处理器的寄存器和算术逻辑单元（ALU）之间就会使用多路复用器。以 16 位处理器为例，每条指令有一个 3 位字段，用于指定八个寄存器中的一个。这个 3 位字段连接到一个 8 输入、16 位多路复用器的选择输入，多路复用器的数据输入连接到八个寄存器，数据输出连接到 ALU，以使用所选寄存器执行指令。

2. 标准 MSI 多路复用器

商用的中规模集成（MSI）多路复用器的尺寸受限于廉价集成电路封装的引脚数量。常用的多路复用器采用 16 引脚封装，以下是几种常见的 MSI 多路复