开漏 推挽电路.doc

Open drain & push pull,IO口驱动,集电极开路
Open drain & push pull
      最近在写GPIO的driver, 在配置GPIO管脚时,看见了感觉熟悉的两个名词:Open Drain and Push Pull。可是一时对它们的原理及区别有感觉很模糊,故上网收集了一些资料复****一下。
      所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示:  
                                                                     图 1
组成开漏形式的电路有以下几个特点:
1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。
2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成“与逻辑”关系。如图1,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。
3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2, 1决定,2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。
4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。
5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。
                                                                     图 2 
应用中需注意:
1.   开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图3。
2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。
                                                                     图 3
Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,应为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。
实际电路板运用中,此类电路非常广泛,以主板为例,南北桥芯片内部多采用open drain线路(这个纯属猜测,),主要原因是:电平低,所需电流小,相应的芯片的功耗比较小,发热量小,可以更好的解决笔记本或者台式机的散热问题,能