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漏極開路(OD)輸出原理,特點(diǎn)介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2022-12-12 16:47:21
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漏極開路(OD)輸出原理,特點(diǎn)介紹
漏極開路輸出原理
和集電極開路一樣,顧名思義,開漏電路就是指從MOSFET的漏極輸出的電路。典型的用法是在漏極外部的電路添加上拉電阻到電源如圖所示。完整的開漏電路應(yīng)由開漏器件和開漏上拉電阻組成。
這里的上拉電阻R的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的上升/下降沿的速度。阻值越大,速度越低,功耗越小。因此在選擇上拉電阻時(shí)要兼顧功耗和速度。標(biāo)準(zhǔn)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。
 漏極開路輸出
很多單片機(jī)等器件的I/O就是漏極開路形式,或者可以配置成漏極開路輸出形式,如51單片機(jī)的P0口就為漏極開路輸出。在實(shí)際應(yīng)用中可以將多個(gè)開漏輸出的引腳連接到一條線上,這樣就形成“線與邏輯”關(guān)系。
注意這個(gè)公共點(diǎn)必須接一個(gè)上拉電阻。當(dāng)這些引腳的任一路變?yōu)檫壿?后,開漏線上的邏輯就為0了。在I2C等接口總線中就用此法判斷總線占用狀態(tài)。
同集電極開路一樣,利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力,減少IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí),驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)上拉電阻,再經(jīng)MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很下的柵極驅(qū)動(dòng)電流,因此漏極開路也常用于驅(qū)動(dòng)電路中。
特點(diǎn)
1)利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力,減少ic內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。 或驅(qū)動(dòng)比芯片電源電壓高的負(fù)載。
2)可以將多個(gè)開漏輸出的pin,連接到一條線上。通過一只上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關(guān)系。這也是i2c,smbus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。如果作為圖騰輸出必須接上拉電阻。
接容性負(fù)載時(shí),下降沿是芯片內(nèi)的晶體管,是有源驅(qū)動(dòng),速度較快;上升延是無源的外接電阻,速度慢。如果要求速度高電阻選擇要小,功耗會(huì)大。所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。
3)可以利用改變上拉電源的電壓,改變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供ttl/cmos電平輸出等。
4)開漏pin不連接外部的上拉電阻,則只能輸出低電平。一般來說,開漏是用來連接不同電平的器件,匹配電平用的。
5)正常的cmos輸出級(jí)是上、下兩個(gè)管子,把上面的管子去掉就是open-drain了。這種輸出的主要目的有兩個(gè):電平轉(zhuǎn)換和線與。
6)由于漏級(jí)開路,所以后級(jí)電路必須接一上拉電阻,上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣你就可以進(jìn)行任意電平的轉(zhuǎn)換了。
7)線與功能主要用于有多個(gè)電路對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行拉低操作的場(chǎng)合,如果本電路不想拉低,就輸出高電平,因?yàn)閛pen-drain上面的管子被拿掉,高電平是靠外接的上拉電阻實(shí)現(xiàn)的。(而正常的cmos輸出級(jí),如果出現(xiàn)一個(gè)輸出為高另外一個(gè)為低時(shí),等于電源短路。)
8)open-drain提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點(diǎn),就是帶來上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無源電阻對(duì)負(fù)載充電,所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小,但功耗大;反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求,則建議用下降沿輸出。
什么是線或邏輯與線與邏輯?
在一個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)上, 連接一個(gè)上拉電阻到電源 vcc 或 vdd 和 n 個(gè) npn 或 nmos 晶體管的集電極 c 或漏極 d, 這些晶體管的發(fā)射極 e 或源極 s 都接到地線上, 只要有一個(gè)晶體管飽和, 這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)就被拉到地線電平上。
因?yàn)檫@些晶體管的基極注入電流(npn)或柵極加上高電平(nmos), 晶體管就會(huì)飽和, 所以這些基極或柵極對(duì)這個(gè)結(jié)點(diǎn)(線)的關(guān)系是或非 nor 邏輯。 如果這個(gè)結(jié)點(diǎn)后面加一個(gè)反相器, 就是或 or 邏輯。
注:個(gè)人理解:線與,接上拉電阻至電源。(~a)&(~b)=~(a+b),由公式較容易理解線與此概念的由來;
如果用下拉電阻和 pnp 或 pmos 管就可以構(gòu)成與非 nand 邏輯, 或用負(fù)邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換與/或邏輯。
注:線或,接下拉電阻至地。(~a)+(~b)=~(ab);
這些晶體管常常是一些邏輯電路的集電極開路 oc 或源極開路 od 輸出端。 這種邏輯通常稱為線與/線或邏輯, 當(dāng)你看到一些芯片的 oc 或 od 輸出端連在一起, 而有一個(gè)上拉電阻時(shí), 這就是線或/線與了, 但有時(shí)上拉電阻做在芯片的輸入端內(nèi)。
順便提示如果不是 oc 或 od 芯片的輸出端是不可以連在一起的, 總線 bus 上的雙向輸出端連在一起是有管理的, 同時(shí)只能有一個(gè)作輸出, 而其他是高阻態(tài)只能輸入。
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