【电路设计】GPIO输出模式：推挽开漏

输出模式GPIO的输出缓冲区有一个PMOS和一个NMOS以及一个非门输出GPIO的如下所示当逻辑高电平的时候PMOS打开NMOS关闭此时VCC直接输出到引脚此时可以形象的看成是在“推”称为推相位如下图所示当逻辑低电平的时候PMOS关闭NMOS打开此时输出引脚直接连接到地此时可以形象的看成是在“拉”称为拉相位如下图所示1.推挽模式1.1 推挽特点推挽模式是GPIO输出模式的默认状态。引脚可以使用PMOS晶体管或NMOS晶体管将信号“推”高或者“拉”低。低电平和高电平的时候GPIO都具备驱动能力。这里有两个需要理解的名词拉电流SOURCING OUTPUT以及灌电流SINKING OUTPUT拉电流指代我们我们缓冲区产生的电流流到pin脚灌电流指代流入缓冲区地端的电流GPIO的推挽模式高阻态nmos关闭pmos打开拉电流低阻态nmos打开pmos关闭灌电流1.2 推挽应用场景推挽模式由于其直接输出高低电平的能力非常适合用于需要确定性电平输出的场合。然而需要注意的是推挽模式的驱动能力有限通常只适合驱动低功率的负载如LED灯或小型继电器。对于高功率的负载可能需要额外的驱动电路来提供所需的电流和电压。常用于点亮LED灯推挽输出模式可以用于直接控制LED灯的亮灭因为它能够提供足够的电流来驱动LED驱动继电器推挽模式可以输出足够的电压和电流来驱动继电器从而控制较大功率的设备控制小型电机对于小型直流电机可以使用推挽模式来控制电机的启动和停止数字芯片控制推挽模式可以直接控制一些数字芯片例如ADC、DAC、触发器、锁存器、三极管控制引脚等通用数字输出推挽模式适用于通用的数字输出场景因为它可以输出确定的高低电平而不需要外部电路的辅助2. 开漏模式在这种配置中没有PMOS晶体管而NMOS晶体管的漏极保持在浮空状态。因此这种配置被称为开漏此时漏极连接的pin脚状态不稳定。我们一般会在漏极上接一个上拉电阻开漏模式的要点在于输出高电平的情况下GPIO口不具备驱动能力而且它的高电平依赖于外部的上拉电阻因此具备灵活性可以通过改变外部的上拉电路来实现不同电平的输出。如上面的内容可以得知这种模式仅支持灌电流电流流入缓冲区地2.1 开漏特点GPIO的开漏模式高阻态nmos关闭驱动能力依赖于上拉电阻低阻态nmos打开驱动能力来自于GPIO此时上来电阻不起作用2.2 开漏的应用场景开漏模式由于其灵活性和对外部电路的依赖性在需要与其他设备共享通信线或进行电平转换的场合中非常有用。设计者需要根据具体的应用需求来选择合适的上拉电阻和外部负载。我们可以仅通过开漏来进行开关通过选型不同的上拉电阻实现不同场景要求下的高电平I2C总线I2C是一种多主设备总线使用开漏输出和外部上拉电阻实现线与功能确保总线上的设备可以共享通信线路。总线占用检测在某些系统中可以使用线与功能来检测总线上是否有设备正在通信。如果总线为低电平则表示有设备正在使用总线。逻辑控制在需要多个控制信号同时满足条件才能激活某个逻辑功能的情况下可以使用线与功能来实现这种逻辑控制。2.3 线与功能介绍***多个开漏输出连接将多个开漏输出的GPIO引脚连接到同一条总线上并且每个引脚都通过外部上拉电阻连接到高电平电源。高电平状态当所有连接到总线上的GPIO引脚都输出高阻态时由于外部上拉电阻的作用总线上的电平为高。低电平状态如果任何一个GPIO引脚输出低电平电流将从总线流向地线导致总线上的电平变为低。总结以上内容仅作为知识分享和自我总结欢迎大家进行交流和指正后续会持续更新相关的自学内容 关于电子工程师相关的知识