多路复用器与开关：你应该使用哪一个？

当电信网络需要在多个源/接收器之间共享稀缺的物理通道资源时，它们使用一种称为复用/解复用的简单技术。这是通过单一物理通道路由大量串行或并行数据的基本技术。复用器经常与开关一起讨论，因为它们可以提供相同的功能。那么，这些组件有什么不同，您的数字或模拟系统需要哪种呢？

复用器与开关之间的区别可以在它们在集成电路（IC）级别的构造和规格中找到。此外，不同的应用有不同的复用方法（空间、时分或频率/波长分割），使得在开关和复用器之间的选择更加令人困惑。这里有一些区分复用器与开关的功能和电气特性，以及您可能在应用中使用每种的时机。

复用器与开关

这些组件之间的区别可能会令人困惑，并且复用器的功能图经常被描绘为开关，这并不有助于解释它们的区别。这意味着它们基本上是机械开关，但现代复用器和开关肯定不是这种情况。唯一的例外是作为微机电系统（MEMS）构建的开关，确实具有微小的机械切换元件。

除了关于MEMS的这一点，大多数开关和复用器都使用FET和一些支持电路构建，并通过控制信号而不是用户的手来激活。这两种类型的组件都以标准封装形式提供为通孔或SMD IC，因此设计师可以访问用于不同应用的广泛开关和复用器范围。唯一的例外是高功率应用，其中电气切换可以使用高功率晶体管而不是机械切换来进行电源分配。

为了更深入了解这些组件之间的区别，让我们更深入地看看它们是如何运作以及它们的规格：

模拟与数字

这两种类型的组件都有模拟或数字变体。模拟开关可以传递模拟和数字信号，但数字开关只传递数字逻辑电平。对于复用器也是同样的想法，但复用器的定义很广；复用器也可以是具有一定带宽的模拟，而数字复用器完全由数字逻辑电路构建，也只传递逻辑状态。

信号选择

描述复用器角色的最佳方式是从信号选择的角度。复用器不一定隔离系统的上游和下游部分，但其较高的导通状态电阻意味着由驱动组件看到的输入阻抗较少依赖于负载组件的输入阻抗。相比之下，开关倾向于具有更低的导通状态电阻（低至1欧姆）和在相对低频率下的反应。

规格

这里是一些对开关和复用器都通用的重要规格：

• 切换时间。这表示组件在不同通道之间切换所需的时间。理想情况下，切换时间应远小于信号的上升时间（对于数字信号而言）。

• 转换速率和稳定时间。当这些组件中的一个通道被激活时，存在一个特定的切换时间，在此期间转换到全量程信号水平（对于数字信号，测量为10%-90%）。切换后，输出需要一些时间稳定到输入处看到的信号水平。这可能是切换时间或上升时间的10倍。

• 带宽。开关或复用器的带宽指的是通道传输函数中的-3 dB点。这由内部输入电容和导通状态电阻设定。

• 方向性。开关是双向的，而复用器是单向的。注意，一些新型复用器具有与模拟开关相同的拓扑结构，它们可以用作双向复用器。

• 通道泄漏。导通状态通道电阻较低的组件倾向于具有更高的通道泄漏电流。

• 通道数量。一个开关/复用器将具有一定的通道数量（N:1比率），其中N个输入通道被路由到一个单独的通道。注意，由于其双向性，开关可以以1:N比率实现，但复用器则不行。

• 工艺。CMOS开关和复用器比使用双极工艺制造的组件要慢得多。因此，最快的开关使用FET工艺以适应高数据速率应用。

一些开关或复用器可以以嵌套拓扑连接，例如，将多个N:1复用器连接到另一个N:1复用器。下面展示了一个四路2:1复用器的例子。

来自ON Semiconductor的MC74ACT157DG四路2:1复用器的逻辑图。来源：MC74ACT157DG数据手册。

注意，复用和SerDes不是一回事。通过按顺序循环复用器上的控制位，当组件接收并行数据时，可以将复用器实现为串行器。此外，复用用于位交错的SerDes，其中多个慢速串行数据比特流被压缩成一个高速比特流。除此之外，这两种技术不是一回事。在其他应用中，复用被用来消除一个或多个机械/电机械开关的需要。

复用器和开关的应用

总之，有些应用程序可以很好地使用任一类型的组件。高频模拟应用应该更多地关注带宽和导通电阻，而不是其他指标。此外，任何需要在多个数据流之间选择或将数据压缩成单个比特流的应用都可以使用多路复用器或开关。多路复用器和开关的一些应用包括：

• 高速视频和高保真音频

• 有线/卫星电视

• 相控阵中的天线选择，用于波束成形和空间复用

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