開漏輸出、推挽輸出、上拉電阻的原理及用途


 

一、開漏輸出(open drain)

開漏電路概念中提到的“漏”就是指MOS FET的漏極。開漏主要是為了獲得更大的驅動而來的,一般外面需要加上拉電阻,或下拉電阻。開樓電路的內部所有上拉全部斷開,若要使用,必須在外部加上拉電阻。這樣的話,其驅動能力完全由設計人員決定。

組成開漏形式的電路有以下幾個特點:

  1. 利用 外部電路的驅動能力,減少IC內部的驅動。當IC內部MOSFET導通時,驅動電流是從外部的VCC流經R pull-up ,MOSFET到GND。IC內部僅需很小的柵極驅動電流。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” 關系。如圖1,當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(因此對於經典的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. 標准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。

開漏輸出、推挽輸出、上拉電阻的原理及用途

 

二、推挽輸出(Totem- pole)

如下圖,推挽輸出電路是一個互補對稱電路。T1管子是NPN,T2管子是PNP。

其工作原理大致如下:

當輸入信號處於正半周時,T2截止,T1承擔放大電路,有電流通過負載電路電阻R3;

當輸入信號處於負半周時,T1截止,T2承擔放大電路,亦有電流通過負載電路電阻R3;

由此這樣的電路實現了在有輸入信號時,T1和T2輪流導電,組成推挽式電路。

作用:是輸出保持在持續穩定電壓值上。推拉式輸出級既提高電路的負載能力,又提高開關速度。

開漏輸出、推挽輸出、上拉電阻的原理及用途 三、上拉電阻

上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平!電阻同時起限流作用!下拉同理!

  上拉是對器件注入電流,下拉是輸出電流;弱強只是上拉電阻的阻值不同,沒有什么嚴格區分;對於非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的,上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。

用途:

一般作單鍵觸發使用時,如果IC本身沒有內接電阻,為了使單鍵維持在不被觸發的狀態或是觸發后回到原狀態,必須在IC外部另接一電阻。

  數字電路有三種狀態:高電平、低電平、和高阻狀態,有些應用場合不希望出現高阻狀態,可以通過上拉電阻或下拉電阻的方式使處於穩定狀態,具體視設計要求而定!

  一般說的是I/O端口,有的可以設置,有的不可以設置,有的是內置,有的是需要外接,I/O端口的輸出類似與一個三極管的C,當C接通過一個電阻和電源連接在一起的時候,該電阻成為上C拉電阻,也就是說,該端口正常時為高電平;C通過一個電阻和地連接在一起的時候,該電阻稱為下拉電阻。

  上拉電阻是用來解決總線驅動能力不足時提供電流的。一般說法是拉電流,下拉電阻是用來吸收電流。

上下拉電阻具體作用:

  1、當TTL電路驅動CMOS電路時,如果TTL電路輸出的高電平低於CMOS電路的最低高電平(一般為3.5V),這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻,以提高輸出高電平的值。

  

 

2、OC門電路必須加上拉電阻,以提高輸出的高電平值。

  3、為加大輸出引腳的驅動能力,有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。

  4、在CMOS芯片上,為了防止靜電造成損壞,不用的管腳不能懸空,一般接上拉電阻產生降低輸入阻抗, 提供泄荷通路。

  5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平,從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。

  6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。

  7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾,加上下拉電阻是電阻匹配,有效的抑制反射波干擾。

注意:

上拉電阻太大會引起輸出電平的延遲。(RC延時)

  一般CMOS門電路輸出不能給它懸空,都是接上拉電阻設定成高電平。

  下拉電阻:和上拉電阻的原理差不多, 只是拉到GND去而已。那樣電平就會被拉低。下拉電阻一般用於設定低電平或者是阻抗匹配(抗回波干擾)。

上拉電阻阻值的選擇原則包括:

  1、從節約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大;電阻大,電流小。

  2、從確保足夠的驅動電流考慮應當足夠小;電阻小,電流大。

  3、對於高速電路,過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮

  以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理


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