開(kāi)漏輸出

開(kāi)漏輸出（Open-Drain Output）是一種常見(jiàn)的輸出驅(qū)動(dòng)方式，常用于數(shù)字電路和微控制器中。它可以提供更靈活的輸出功能，并在多個(gè)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)電平的共享與連接。開(kāi)漏輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制輸出引腳的連接與斷開(kāi)，能夠?qū)崿F(xiàn)高電平或低電平的輸出狀態(tài)。

1.什么是開(kāi)漏輸出

開(kāi)漏輸出是一種輸出電路結(jié)構(gòu)，基于MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的開(kāi)關(guān)原理實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)漏輸出模式下，輸出引腳會(huì)被連接到一個(gè)開(kāi)關(guān)管（通常是N溝道MOS管）和一個(gè)上拉電阻（Pull-up Resistor）組成的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，輸出引腳與地（GND）相連，形成低電平輸出；當(dāng)開(kāi)關(guān)管打開(kāi)時(shí)，輸出引腳不與任何電源相連，形成高阻抗狀態(tài)，也稱(chēng)為浮空狀態(tài)。

開(kāi)漏輸出允許多個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)總線或信號(hào)線，通過(guò)合理的電平控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線或信號(hào)線的協(xié)調(diào)使用，避免沖突和干擾。

2.開(kāi)漏輸出的應(yīng)用

2.1 總線系統(tǒng)

開(kāi)漏輸出在總線系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如I2C（Inter-Integrated Circuit）、SPI（Serial Peripheral Interface）和CAN（Controller Area Network）等。在這些通信協(xié)議中，多個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)總線，使用開(kāi)漏輸出可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。

通過(guò)將開(kāi)漏輸出引腳連接到總線上，并設(shè)置合適的上拉電阻，可以實(shí)現(xiàn)總線的高電平狀態(tài)。而當(dāng)設(shè)備需要將總線拉低時(shí)，開(kāi)漏輸出會(huì)將引腳與地相連，形成低電平狀態(tài)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備對(duì)總線的控制和協(xié)調(diào)，確保數(shù)據(jù)的正常傳輸。

2.2 LED 控制

開(kāi)漏輸出也被廣泛用于控制 LED（Light-Emitting Diode）的亮滅。LED 在工作時(shí)需要限流，以避免過(guò)電流損壞。通過(guò)使用開(kāi)漏輸出和外部限流電阻，可以有效控制 LED 的亮度和閃爍頻率。

在開(kāi)漏輸出模式下，開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，輸出引腳連接到地，電流經(jīng)過(guò) LED 和限流電阻。LED 將發(fā)出光亮。當(dāng)開(kāi)關(guān)管打開(kāi)時(shí)，輸出引腳不連接到任何電源，LED 不再接收電流，處于熄滅狀態(tài)。

2.3 輸入/輸出擴(kuò)展

開(kāi)漏輸出還可用于輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展。通過(guò)使用外部電阻和開(kāi)漏輸出組合，可以將一個(gè) GPIO（General Purpose Input/Output）引腳擴(kuò)展為多個(gè)輸入或輸出引腳。

在輸入模式下，通過(guò)在外部電路中添加上拉電阻，當(dāng)外部設(shè)備給出低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管閉合，GPIO 引腳讀取到低電平信號(hào)。而當(dāng)外部設(shè)備給出高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管打開(kāi)，GPIO 引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

在輸出模式下，可以通過(guò)開(kāi)漏輸出控制多個(gè)外部設(shè)備。每個(gè)設(shè)備通過(guò)外部電路連接到開(kāi)漏輸出引腳和上拉電阻。當(dāng)開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，相應(yīng)的設(shè)備接收到低電平信號(hào)；當(dāng)開(kāi)關(guān)管打開(kāi)時(shí)，設(shè)備不接收任何信號(hào)，并處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

閱讀更多行業(yè)資訊，可移步與非原創(chuàng)，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分析——3D視覺(jué)、國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、SiC器件，中外現(xiàn)況? ??等產(chǎn)業(yè)分析報(bào)告、原創(chuàng)文章可查閱。

3.開(kāi)漏輸出和推挽輸出的區(qū)別

開(kāi)漏輸出和推挽輸出是常見(jiàn)的輸出驅(qū)動(dòng)方式，它們?cè)诠ぷ髟砗蛻?yīng)用場(chǎng)景上有所不同。

3.1 工作原理

開(kāi)漏輸出通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的閉合與打開(kāi)來(lái)控制輸出引腳的連接與斷開(kāi)，形成低電平或浮空狀態(tài)。而推挽輸出則通過(guò)開(kāi)關(guān)管的閉合和打開(kāi)來(lái)分別連接到高電源和低電源，形成高電平和低電平狀態(tài)。

3.2 上拉電阻

開(kāi)漏輸出需要使用外部上拉電阻來(lái)提供引腳的高電平信號(hào)。這是因?yàn)殚_(kāi)漏輸出只能提供低電平信號(hào)，而不能主動(dòng)提供高電平信號(hào)。因此，在使用開(kāi)漏輸出時(shí)，需要添加適當(dāng)大小的上拉電阻以確保正確的高電平水平。

推挽輸出則不需要額外的上拉電阻，因?yàn)樗梢灾苯犹峁└唠娖叫盘?hào)。

3.3 輸出電流

開(kāi)漏輸出可以承受較高的輸出電流，因?yàn)樗ㄟ^(guò)外部上拉電阻將電流限制在安全范圍內(nèi)。而推挽輸出可以提供更大的輸出電流，因?yàn)樗苯舆B接到高電源或低電源。

3.4 應(yīng)用場(chǎng)景

開(kāi)漏輸出適合于多設(shè)備共享總線的場(chǎng)景，如I2C和SPI通信協(xié)議。它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備對(duì)總線的控制和數(shù)據(jù)傳輸。

推挽輸出則適用于需要直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的場(chǎng)景，如控制 LED、電機(jī)或其他外部設(shè)備。

開(kāi)漏輸出是一種常見(jiàn)的輸出驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的閉合與打開(kāi)來(lái)控制輸出引腳的連接與斷開(kāi)。它在總線系統(tǒng)、LED控制和輸入/輸出擴(kuò)展等方面有著重要的應(yīng)用。開(kāi)漏輸出和推挽輸出在工作原理、上拉電阻、輸出電流和應(yīng)用場(chǎng)景上存在差異。了解這些差異可以幫助選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲵?qū)動(dòng)方式以滿(mǎn)足特定需求。