Multiplexer dan Demultiplexer dalam Elektronika Digital

Multiplexer (MUX) dan demultiplexer (DEMUX) adalah dua komponen penting yang berperan dalam pengiriman dan pengelolaan data. Keduanya bagian dari rangkaian kombinasional yang digunakan untuk mengarahkan sinyal input ke output tertentu berdasarkan seleksi kontrol. Multiplexer berfungsi sebagai pemilih data, sedangkan demultiplexer berperan sebagai pembagi data. Kedua komponen ini banyak digunakan dalam sistem komunikasi, memori digital, prosesor dan berbagai aplikasi logika digital lainnya. 

Multiplexer

 

Multiplexer (MUX) adalah rangkaian kombinasional yang memilih satu dari beberapa input digital dan mengarahkannya ke satu output berdasarkan sinyal seleksi (selector). Multiplexer sering disebut sebagai "data selector" karena kemampuannya memilih data dari beberapa sumber. 

Blok Diagram Multiplexer

Secara simbolis, multiplexer digambarkan sebagai berikut: 

 

- Input (I0, I1, ..., In): Jalur input data. 

- Output (Y): Hasil pemilihan data. 

- Seleksi (S): Kontrol yang menentukan input mana yang terhubung ke output. 

Cara Kerja Multiplexer

Multiplexer bekerja berdasarkan kombinasi sinyal seleksi. Sebagai contoh, pada MUX 2:1 (2 input, 1 output), terdapat 1 jalur seleksi (S). 

- Jika S = 0, maka Y = I0. 

- Jika S = 1, maka Y = I1. 

Contoh tabel kebenaran MUX 2:1: 

 

Demultiplexer

Demultiplexer (DEMUX) adalah kebalikan dari multiplexer, berfungsi untuk mengarahkan satu input ke salah satu dari beberapa output berdasarkan sinyal seleksi. DEMUX sering disebut "data distributor". 

Blok Diagram DEMUX

- Input: Sinyal data tunggal. 

- Output (Y0, Y1, ..., Yn): Beberapa jalur output. 

- Seleksi (S): Menentukan output mana yang aktif. 

Cara Kerja Demultiplexer

Contoh DEMUX 1:4 (1 input, 4 output) dengan 2 bit seleksi: 

 

Jika input = D, maka output yang dipilih akan mengeluarkan D, sedangkan lainnya bernilai 0. 

 

Jenis-jenis Multiplexer dan Demultiplexer

 

1. Jenis Multiplexer

• MUX 2:1 (2 input, 1 output, 1 seleksi) 

• MUX 4:1 (4 input, 1 output, 2 seleksi) 

• MUX 8:1 (8 input, 1 output, 3 seleksi) 

• MUX 16:1 (16 input, 1 output, 4 seleksi) 

2. Jenis Demultiplexer

• DEMUX 1:2 (1 input, 2 output, 1 seleksi) 

• DEMUX 1:4 (1 input, 4 output, 2 seleksi) 

• DEMUX 1:8 (1 input, 8 output, 3 seleksi) 

• DEMUX 1:16 (1 input, 16 output, 4 seleksi) 

 

Implementasi Menggunakan Gerbang Logika

 

1. Rangkaian MUX 2:1 dengan Gerbang Logika

MUX 2:1 dapat dibangun menggunakan gerbang AND, OR, dan NOT:

Y = (I0 · S') + (I1 · S)

- S' adalah invers dari S. 

2. Rangkaian DEMUX 1:2 dengan Gerbang Logika

DEMUX 1:2 menggunakan gerbang AND: 

- Y0 = D · S'

- Y1 = D · S

 

Baca juga : Penjelasan tentang D Flip Flop

 

Aplikasi Multiplexer dan Demultiplexer

 

1. Sistem Komunikasi

   - MUX digunakan dalam multipleksing data (TDM - Time Division Multiplexing). 

   - DEMUX digunakan untuk demultipleksing sinyal. 

2. Memori Digital

   - MUX membantu memilih alamat memori. 

   - DEMUX mengarahkan data ke lokasi memori tertentu. 

3. Arithmetic Logic Unit (ALU)

   - MUX memilih operasi aritmetika atau logika. 

4. Display 7-Segmen

   - DEMUX mengendalikan digit yang aktif. 

 

Perbedaan Multiplexer dan Demultiplexer

 

Implementasi Multiplexer dan Demultiplexer dalam Sistem Mikroprosesor

 

Multiplexer dan demultiplexer berperan penting dalam arsitektur mikroprosesor dan mikrokontroler. Salah satu contoh penerapannya adalah dalam pemilihan saluran alamat (address bus) dan pengiriman data (data bus). 

1. Penggunaan MUX dalam Pemilihan Register

Dalam sebuah CPU, terdapat banyak register (seperti accumulator, program counter, dan register data). Multiplexer digunakan untuk memilih register mana yang akan diakses oleh ALU (Arithmetic Logic Unit). Contoh: 

- Sebuah MUX 4:1 dapat memilih antara Register A, B, C, atau D untuk diproses. 

- Sinyal seleksi berasal dari unit kontrol (control unit) yang menentukan operasi selanjutnya. 

2. DEMUX dalam Pendistribusian Data ke Memori

Demultiplexer membantu mengarahkan data dari CPU ke lokasi memori tertentu. Contoh: 

- Sebuah DEMUX 1:8 dapat mengirim data ke 8 blok memori berbeda berdasarkan alamat yang diberikan. 

- Jika CPU mengirim data "1011", DEMUX akan mengaktifkan jalur output sesuai dengan kode seleksi (misal S2 S1 S0 = 101). 

 

Multipleksing dalam Komunikasi Digital

 

Teknik multipleksing memungkinkan pengiriman beberapa sinyal melalui satu saluran transmisi. MUX dan DEMUX digunakan dalam berbagai skema multipleksing, seperti: 

1. Time Division Multiplexing (TDM)

- Beberapa sinyal digital dikirim secara bergantian dalam time slot tertentu. 

- MUX menggabungkan sinyal-sinyal tersebut, sementara DEMUX memisahkannya di sisi penerima. 

- Contoh: Telepon digital dan jaringan PCM (Pulse Code Modulation). 

2. Frequency Division Multiplexing (FDM)

- Meskipun umumnya menggunakan filter analog, MUX/DEMUX digital dapat digunakan untuk mengatur alokasi frekuensi. 

- Contoh: Broadband internet dan siaran TV kabel. 

 

Rangkaian Kombinasional Lanjutan dengan MUX dan DEMUX

 

1. Implementasi Fungsi Logika dengan MUX

Multiplexer dapat digunakan untuk mengimplementasikan fungsi logika Boolean tanpa perlu gerbang terpisah. Contoh: 

- Sebuah MUX 4:1 dapat menggantikan rangkaian SOP (Sum of Products) dengan mengatur input sesuai tabel kebenaran. 

- Jika F(A,B) = A’B + AB’, maka: 

  - I0 = 0 

  - I1 = 1 

  - I2 = 1 

  - I3 = 0 

2. Deserialisasi Data dengan DEMUX

Dalam komunikasi serial (seperti UART atau I2C), DEMUX membantu mengubah data serial menjadi paralel. Contoh: 

- Sebuah DEMUX 1:8 dapat mengkonversi 8 bit data serial menjadi 8 jalur paralel untuk diproses lebih lanjut. 

 

Optimasi Rangkaian dengan MUX/DEMUX

 

1. Pengurangan Jumlah Gerbang Logika 

Dengan menggunakan MUX, beberapa fungsi logika dapat disederhanakan sehingga mengurangi kebutuhan gerbang AND, OR, dan NOT. 

2. Efisiensi dalam FPGA dan CPLD

Pada Field-Programmable Gate Array (FPGA), MUX dan DEMUX sering digunakan karena: 

- Menghemat Look-Up Tables (LUTs). 

- Mempercepat routing sinyal. 

 

Contoh Praktis: Sistem Kontrol Lampu dengan MUX dan DEMUX

 

Sebuah sistem pencahayaan cerdas dapat menggunakan: 

- MUX 8:1 untuk memilih sensor gerak mana yang aktif. 

- DEMUX 1:4 untuk mengendalikan 4 zona lampu berbeda. 

Ketika sensor terdeteksi, MUX mengirim sinyal ke kontroler, lalu DEMUX menyalakan lampu di area yang sesuai. 

 

Kelebihan MUX/DEMUX

 

• Efisiensi ruang (menggantikan banyak gerbang logika). 

• Kecepatan tinggi dalam pengalihan sinyal. 

• Fleksibilitas dalam berbagai aplikasi digital. 

 

Kekurangan MUX/DEMUX

 

• Delay propagasi jika terlalu banyak tingkat seleksi. 

• Konsumsi daya meningkat pada MUX/DEMUX besar (16:1 atau lebih). 

 

Perkembangan Terkini: MUX/DEMUX dalam Teknologi High-Speed

 

Pada jaringan fiber optik dan 5G, MUX/DEMUX berperan dalam: 

- Wavelength Division Multiplexing (WDM) untuk menggabungkan sinyal laser berbeda. 

- Switch jaringan high-speed yang membutuhkan pengalihan data nanodetik. 

 

Baca juga : Encoder dan Decoder dalam Elektronika Digital