開漏Open-drain和推挽push-pull詳解-KIA MOS管

開漏Open-Drain

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))。

柵極輸入 0 時，NMOS 的漏極和源極導(dǎo)通，輸出0。

柵極輸入 1 時，NMOS 不導(dǎo)通，漏極高阻，輸出1（需要外部上拉電路，上升沿比較緩慢）。

推挽Push-Pull

推挽輸出：可以輸出高,低電平,連接數(shù)字器件。

柵極輸入 0 時，高側(cè)PMOS 高阻，低側(cè)NMOS導(dǎo)通，輸出0。

柵極輸入 1 時，高側(cè)PMOS 導(dǎo)通，低側(cè)NMOS高阻，輸出1（不需要外部上拉電路，上升沿比較陡峭）。

Open-Drain開漏輸出

1、原理

開漏電路是指以MOSFET的漏極為輸出的電路，在內(nèi)部輸出和地之間有個N溝道的MOSFET（Q1），這些器件可以用于電平轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。輸出電壓由Vcc決定。

Vcc可以大于輸入高電平電壓VCC (call UP-Translate)，也可以低于輸入高電平電壓VCC(call Down-Translate)，Open-Drain比push-pull少了個top transistor，只有bottom transistor。

就像push-pull中那樣，當(dāng)bottom transistor關(guān)閉，則輸出為高電平，但此處沒法輸出高電平。

想要輸出高電平，必須外部再接一個上拉電阻（pull-up resistor）。

Open-drain只能夠漏電流（sink current），如果想要集電流（source current），則需要加一個上拉電阻。

2、優(yōu)點

（1）對于各種電壓節(jié)點間的電平轉(zhuǎn)換非常有用，可以用于各種電壓節(jié)點的Up-translate和Down-translate轉(zhuǎn)換。

（2）可以將多個開漏輸出的Pin腳，連接到一條線上，形成“與邏輯”關(guān)系，即“線與”功能，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）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)pull-up resistor，MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很小的柵極驅(qū)動電流。

（4）可以改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平，如圖所示，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。

3、缺點

（1）開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平，如果要輸出高電平，必需加上拉電阻。

（2）帶了上拉電阻的線路，即使以最快的速度去提升電壓，最快也要一個常量的R×C的時間。其中R是電阻，C是寄生電容(parasitic capacitance)，包括了pin腳的電容和板子的電容。

（3）當(dāng)輸出電平為低時，N溝道三極管是導(dǎo)通的，這樣在Vcc和GND之間有一個持續(xù)的電流流過上拉電阻R和三極管Q1，這會影響整個系統(tǒng)的功耗。采用較大值的上拉電阻可以減小電流。但是大的阻值會使輸出信號的上升時間變慢，即上拉電阻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。但上拉電阻不能太小，因為當(dāng)輸出為低電平的時候，需要sink更低的transistor，這意味著更高的功耗。

Push-Pull推挽輸出

1、原理

輸出的器件是指輸出腳內(nèi)部集成有一對互補的MOSFET：當(dāng)Q1導(dǎo)通、Q2截止時輸出高電平；而當(dāng)Q1截止導(dǎo)通、Q2導(dǎo)通時輸出低電平。

Push-Pull輸出，實際上內(nèi)部是用了兩個晶體管（transistor）：此處分別稱為Top-Transistor和Bottom-Transistor。

通過開關(guān)對應(yīng)的晶體管，輸出對應(yīng)的電平：

Top-Transistor打開，Bottom-Transistor關(guān)閉，輸出為高電平；Bottom-Transistor打開，Top-Transistor關(guān)閉，輸出低電平。

Push-pull即能夠漏電流(sink current)，又可以集電流(source current)。

其也許有，也許沒有另外一個狀態(tài)：高阻抗（high impedance）狀態(tài)。

除非Push-pull需要支持額外的高阻抗?fàn)顟B(tài)，否則不需要額外的上拉電阻。

2、優(yōu)點

（1）可以吸電流，也可以貫電流；

（2）push-pull輸出的優(yōu)勢是速度快，因為線路是以兩種方式驅(qū)動的；

（3）和開漏輸出相比，push－pull的高低電平由IC的電源決定，不能簡單的做邏輯操作等。

3、缺點

（1）一條總線上只能有一個push-pull輸出的器件；

（2）push-pull往往需要消耗更多的電流，即功耗相對大。

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