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開漏Open-drain和推挽push-pull詳解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2024-11-11 

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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動,其吸收電流的能力相對強(一般20mA以內)。

柵極輸入 0 時,NMOS 的漏極和源極導通,輸出0。

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

Open-drain,push-pull

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PMOS 高阻,低側NMOS導通,輸出0。

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

Open-drain,push-pull

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換的應用。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bottom transistor關閉,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)點間的電平轉換非常有用,可以用于各種電壓節(jié)點的Up-translate和Down-translate轉換。


(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。

Open-drain,push-pull

(3)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pull-up resistor,MOSFET到GND。IC內部僅需很小的柵極驅動電流。


(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。

Open-drain,push-pull

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)當輸出電平為低時,N溝道三極管是導通的,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部集成有一對互補的MOSFET:當Q1導通、Q2截止時輸出高電平;而當Q1截止導通、Q2導通時輸出低電平。

Open-drain,push-pull

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


通過開關對應的晶體管,輸出對應的電平:

Top-Transistor打開,Bottom-Transistor關閉,輸出為高電平;Bottom-Transistor打開,Top-Transistor關閉,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狀態(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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