驅動電路輸出模式的推挽與開漏輸出

一般來說，微控制器的引腳都會有一個驅動電路，可以配置不同類型的數字和模擬電路接口。輸出模式一般會有推挽與開漏輸出。

推挽輸出

推挽輸出（Push-Pull Output），故名思意能輸出兩種電平，一種是推（拉電流，輸出高電平），一種是挽（灌電流，輸出低電平）。推挽輸出可以使用一對開關來實現，在芯片中一般使用晶體管 / 場效應管。

如圖，分別是推和挽，詳細過程是：

推：當輸入信號為低電平時，P-MOS 導通，電流從 VDD 經過它到輸出引腳。此時 N-MOS 截止。

挽：當輸入信號為高電平時，N-MOS 導通，電流從輸出引腳經過它到 GND。此時 P-MOS 截止。

推挽操作不允許在總線配置中把多個設備連接在一起，只能單向線路的接口（例如 SPI、UART），如果當兩個推挽輸出結構相連在一起，一個輸出高電平，即上管導通，下管閉合；同時另一個輸出低電平，即上管閉合，下管導通時。電流會從第一個引腳的 VCC 通過上管再經過第二個引腳的下管直接流向 GND。整個通路上電阻很小，會發生短路，進而可能損害端口。這也是為什么推挽輸出不能實現線與的原因。

推挽輸出因為能驅動高低電平，有更高的驅動能力，在數字信號中有更好的上升 / 下降沿（斜率較大），意味著更好的性能。

推挽輸出一般也可以被配置為輸入模式，通過關閉上下管，在線路上呈高阻抗狀態。

開漏輸出

開漏（OD，Open Drain Output）指打開 MOS 管的漏極，歷史上也有開集輸出（OC，Open Collect Output）

最原始的開漏輸出只有兩種狀態：低、高阻。如果需要輸出高電平，則需要外加上拉電阻。

最原始的開漏輸出是用一個 N-MOS 管實現的，當輸入信號為高電平時，輸出腳被拉低到地；但輸入信號為低電平時，輸出腳呈高阻浮空態。

開漏輸出最主要的特性就是高電平沒有驅動能力，需要借助外部上拉電阻才能真正輸出高電平。

開漏輸出常用在通信接口，有多個設備連接在同一線上（例如 I2C、One-Wire）。線路默認被上拉電阻拉至高電平，當任意設備有信號觸發時，就會將整條線電平拉低。

用于開漏輸出的上拉電阻必須平衡以下參數：

邊沿斜率：線路本身有電容，上拉電阻與其耦合會構成低通濾波器，不同阻值會影響上升 / 下降沿的斜率。電阻越小，邊沿越陡，信號傳輸效果越好。

功耗：如果上拉電阻阻值過小，當線被上拉時會導致過高的功耗

噪聲：如果上拉電阻阻值過大，上拉會變弱，外部干擾噪聲會更容易被線路拾取。

對比

推挽輸出一般用于單向線通信；開漏通常用于雙向線通信。

因為有上拉電阻，所以開漏輸出功耗會相對高。

一般來說，推挽比開漏切換速度快。

參考與致謝

開漏輸出與推挽輸出

Open Drain Output vs. Push-Pull Output

什么是 GPIO 的推挽輸出和開漏輸出

原文地址：https://wiki-power.com/
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審核編輯：黃飛

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