开漏输出与推挽输出电路分析

Pull驱动的选择。之前迷迷糊糊地搞不明白，这次决心深入搞一下，希望下次就不用再迷糊了。

首先，度娘里头找到的资料告诉我们，OD驱动和Push-Pull驱动（又叫推挽）是很不一样的（废话文学要被我发扬光大了）。

Open-Collector/Open-Drain输出电路

先来讲讲集电极开路/开漏电路。OD门和OC门其实本质上很接近，区别就是一个是漏极开路，一个是集电极开路。原理图如下，仅仅就是管子的不同，而MOSFET一般会有一个续流二极管。开漏电路的原理就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。指内部输出和地之间有个N沟道的MOSFET。

咱们力出一孔，针对OD电路集中火力来进行学习理解。

OD电路无法自己输出高电平，只有漏电流（sink current）。若想要要用作高电平输出使用时，则必须在增加上拉电路，从而产生集电流（source current）。如下电路图。

OD电路的工作状态：

当IN为0时，A为0，Q1为关断状态，B为1，Q2为导通状态，电流经过路径1，此时OD电路输出为0。

当IN为1时，A为1，Q1为导通状态，B为0，Q2为关断状态，电流经过路径2，此时OD电路输出为1。

同时由于OD电路的特性，多个OD电路连接在同一个网络上时，不需要额外的逻辑电路即可以实现“线与逻辑”。

只要其中任意一个IC输入为1，则整个BUS均为0。所有IC输入均为0，BUS才为1。

总结一下OD电路的优点：

1、可以便捷实现输出电平的转换。VDD与VCC的电压可以不一致，输VCC大于输入VDD（Up-translate），输出VCC小于输出VDD（Down-translate）。

2、多个OD输出的引脚接在一个网络上，可以实现“线与”逻辑。这就是I2C、SMBus等总线判断总线占用状态的原理。

3、利用外部上拉电路的驱动能力，IC内部的MOSFET的栅极驱动电流很小。驱动能力由外部的上拉电阻调节。

4、可以通过改变上拉电源的电压，实现电平转换传输的功能。

那么缺点也总结一下：

1、OD电路外接上拉时，输出低电平有个持续的电流经过上拉电阻和MOSFET，无法关断此电流，会导致功耗的增大。

2、上拉电阻的阻值选择不能太小，阻值太小会导致持续的sink电流功耗增大。

3、上拉电阻的阻值选择不能太大，OD电路的上升时间由上拉电阻R和总线电容C共同决定。阻值R越大，上升时间越慢。

Push-Pull推挽输出电路

理解完了OD电路，再来理解一下推挽电路。Push-pull电路是指输出脚内部有一对互补的MOSFET。当Q1导通、Q2截止时输出高电平；而当Q1截止导通、Q2导通时输出低电平。

Push-pull即能够漏电流(sink current)，又可以集电流(source current)。

除非Push-pull需要支持额外的高阻抗状态，否则不需要额外的上拉电阻。

推挽电路的输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。推挽电路由于没有上拉电阻，上升是由寄生电阻R（较小）和总线电容C来决定的。可以通过寄存器配置调整上下管的驱动电流。

推挽电路的优点：

1、可以吸电流，也可以贯电流。

2、推挽电路的的高低电平由IC的电源确定。

3、驱动能力比OD电路强，相比OD电路可支持更高速率的电平翻转。

相反的缺点有：

1、一条总线上只能有一个push-pull输出的器件，不然会产生很大的对地电流，损坏电路。

2、功耗比OD电路要更大。

若一条总线上有两路推挽输出如上图，当Q1和Q4同时开通时，会产生如上图红色通路的大电流，导致损坏IO。

现在大多数GPIO可以通过寄存器配置实现推挽电路或OD电路。在IC内部实现的情况时，通过打开或关闭上管从而实现推挽和OD电路的切换。

推挽输出可支持更高的电平翻转速率，但是功耗消耗也更大。OD输出可以实现功耗低，并可以实现逻辑“线与”。这个则是在GPIO选择时的权衡取舍。