STM32的GPIO口的輸出:開漏輸出和推挽輸出

　　推挽輸出與開漏輸出的區(qū)別:

　　>>推挽輸出:可以輸出高,低電平,連接數(shù)字器件

　　>>開漏輸出:輸出端相當(dāng)于三極管的集電極. 要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行. 適合于做電流型的驅(qū)動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內(nèi)).

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　　三極管的開漏輸出有什么特性，和推挽是不是一回事，

　　問題：

　　很多芯片的供電電壓不一樣，有3.3v和5.0v，需要把幾種IC的不同口連接在一起，是不是直接連接就可以了?實際上系統(tǒng)是應(yīng)用在I2C上面。

　　簡答：

　　1、部分3.3V器件有5V兼容性，可以利用這種容性直接連接

　　2、應(yīng)用電壓轉(zhuǎn)換器件，如TPS76733就是5V輸入，轉(zhuǎn)換成3.3V、1A輸出。

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　　開漏電路特點及應(yīng)用

　　在電路設(shè)計時我們常常遇到開漏(open drain)和開集(open collector)的概念。所謂開漏電路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏極。同理，開集電路中的“集”就是指三極管的集電極。開漏電路就是指以MOSFET的漏極為輸出的電路。一般的用法是會在漏極外部的電路添加上拉電阻。完整的開漏電路應(yīng)該由開漏器件和開漏上拉電阻組成。

　　組成開漏形式的電路有以下幾個特點：

　　1. 利用 外部電路的驅(qū)動能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時，驅(qū)動電流是從外部的VCC流經(jīng)R pull-up ，MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很下的柵極驅(qū)動電流。如圖1。

　　2. 可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上。形成 “與邏輯” 關(guān)系。如圖1，當(dāng)PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一個變低后，開漏線上的邏輯就為0了。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。

　　3. 可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。如圖2, IC的邏輯電平由電源Vcc1決定，而輸出高電平則由Vcc2決定。這樣我們就可以用低電平邏輯控制輸出高電平邏輯了。

　　4. 開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平(因此對于經(jīng)典的51單片機的P0口而言，要想做輸入輸出功能必須加外部上拉電阻，否則無法輸出高電平邏輯)。

　　5. 標(biāo)準(zhǔn)的開漏腳一般只有輸出的能力。添加其它的判斷電路，才能具備雙向輸入、輸出的能力。

　　應(yīng)用中需注意：

　　1. 開漏和開集的原理類似，在許多應(yīng)用中我們利用開集電路代替開漏電路。例如，某輸入Pin要求由開漏電路驅(qū)動。則我們常見的驅(qū)動方式是利用一個三極管組成開集電路來驅(qū)動它，即方便又節(jié)省成本。如圖3。

　　2. 上拉電阻R pull-up的 阻值 決定了 邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度 。阻值越大，速度越低功耗越小。反之亦然。

　　Push-Pull輸出就是一般所說的推挽輸出，在CMOS電路里面應(yīng)該較CMOS輸出更合適，應(yīng)為在CMOS里面的push-pull輸出能力不可能做得雙極那么大。輸出能力看IC內(nèi)部輸出極N管P管的面積。和開漏輸出相比，push-pull的高低電平由IC的電源低定，不能簡單的做邏輯操作等。push-pull是現(xiàn)在CMOS電路里面用得最多的輸出級設(shè)計方式。

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　　一.什么是OC、OD

　　集電極開路門(集電極開路 OC 或源極開路OD)

　　open-drain是漏極開路輸出的意思，相當(dāng)于集電極開路(open-collector)輸出，即ttl中的集電極開路(oc)輸出。一般用于線或、線與，也有的用于電流驅(qū)動。

　　open-drain是對mos管而言，open-collector是對雙極型管而言，在用法上沒啥區(qū)別。

　　開漏形式的電路有以下幾個特點：

　　1.利用外部電路的驅(qū)動能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動。 或驅(qū)動比芯片電源電壓高的負載.

　　2.可以將多個開漏輸出的Pin，連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。如果作為圖騰輸出必須接上拉電阻。接容性負載時，下降延是芯片內(nèi)的晶體管，是有源驅(qū)動，速度較快;上升延是無源的外接電阻，速度慢。如果要求速度高電阻選擇要小，功耗會大。所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。

　　3.可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。

　　4.開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的。

　　5.正常的CMOS輸出級是上、下兩個管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。這種輸出的主要目的有兩個：電平轉(zhuǎn)換和線與。

　　6.由于漏級開路，所以后級電路必須接一上拉電阻，上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣你就可以進行任意電平的轉(zhuǎn)換了。

　　7.線與功能主要用于有多個電路對同一信號進行拉低操作的場合，如果本電路不想拉低，就輸出高電平，因為OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高電平是靠外接的上拉電阻實現(xiàn)的。(而正常的CMOS輸出級，如果出現(xiàn)一個輸出為高另外一個為低時，等于電源短路。)

　　8.OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時延時就小，但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。

　　二.什么是線或邏輯與線與邏輯?

　　在一個結(jié)點(線)上, 連接一個上拉電阻到電源 VCC 或 VDD 和 n 個 NPN 或 NMOS 晶體管的集電極 C 或漏極 D, 這些晶體管的發(fā)射極 E 或源極 S 都接到地線上, 只要有一個晶體管飽和, 這個結(jié)點(線)就被拉到地線電平上.

　　因為這些晶體管的基極注入電流(NPN)或柵極加上高電平(NMOS), 晶體管就會飽和, 所以這些基極或柵極對這個結(jié)點(線)的關(guān)系是或非 NOR 邏輯. 如果這個結(jié)點后面加一個反相器, 就是或 OR 邏輯.

　　注：個人理解：線與，接上拉電阻至電源。(~A)&(~B)=~(A+B)，由公式較容易理解線與此概念的由來 ;

　　如果用下拉電阻和 PNP 或 PMOS 管就可以構(gòu)成與非 NAND 邏輯, 或用負邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換與/或邏輯.

　　注：線或，接下拉電阻至地。(~A)+(~B)=~(AB);

　　這些晶體管常常是一些邏輯電路的集電極開路 OC 或源極開路 OD 輸出端. 這種邏輯通常稱為線與/線或邏輯, 當(dāng)你看到一些芯片的 OC 或 OD 輸出端連在一起, 而有一個上拉電阻時, 這就是線或/線與了, 但有時上拉電阻做在芯片的輸入端內(nèi).

　　順便提示如果不是 OC 或 OD 芯片的輸出端是不可以連在一起的, 總線 BUS 上的雙向輸出端連在一起是有管理的, 同時只能有一個作輸出, 而其他是高阻態(tài)只能輸入.

　　三.什么是推挽結(jié)構(gòu)

　　一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制,總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止.要實現(xiàn)線與需要用OC(open collector)門電路 .如果輸出級的有兩個三極管，始終處于一個導(dǎo)通、一個截止的狀態(tài)，也就是兩個三級管推挽相連，這樣的電路結(jié)構(gòu)稱為推拉式電路或圖騰柱(Totem-pole)輸出電路(可惜，圖無法貼上)。當(dāng)輸出低電平時，也就是下級負載門輸入低電平時，輸出端的電流將是下級門灌入T4;當(dāng)輸出高電平時，也就是下級負載門輸入高電平時，輸出端的電流將是下級門從本級電源經(jīng) T3、D1 拉出。這樣一來，輸出高低電平時，T3 一路和 T4 一路將交替工作，從而減低了功耗，提高了每個管的承受能力。又由于不論走哪一路，管子導(dǎo)通電阻都很小，使RC常數(shù)很小，轉(zhuǎn)變速度很快。因此，推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關(guān)速度。供你參考。

　　推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET,以推挽方式存在于電路中,各負責(zé)正負半周的波形放大任務(wù),電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。

　　輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流