開漏輸出

開漏輸出（Open-Drain Output）是一種常見的輸出驅動方式，常用于數字電路和微控制器中。它可以提供更靈活的輸出功能，并在多個設備之間實現電平的共享與連接。開漏輸出通過開關管控制輸出引腳的連接與斷開，能夠實現高電平或低電平的輸出狀態(tài)。

1.什么是開漏輸出

開漏輸出是一種輸出電路結構，基于MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的開關原理實現。在開漏輸出模式下，輸出引腳會被連接到一個開關管（通常是N溝道MOS管）和一個上拉電阻（Pull-up Resistor）組成的網絡。當開關管閉合時，輸出引腳與地（GND）相連，形成低電平輸出；當開關管打開時，輸出引腳不與任何電源相連，形成高阻抗狀態(tài)，也稱為浮空狀態(tài)。

開漏輸出允許多個設備共享同一個總線或信號線，通過合理的電平控制，實現對總線或信號線的協(xié)調使用，避免沖突和干擾。

2.開漏輸出的應用

2.1 總線系統(tǒng)

開漏輸出在總線系統(tǒng)中得到廣泛應用，如I2C（Inter-Integrated Circuit）、SPI（Serial Peripheral Interface）和CAN（Controller Area Network）等。在這些通信協(xié)議中，多個設備共享同一個總線，使用開漏輸出可以實現設備之間的數據傳輸和通信。

通過將開漏輸出引腳連接到總線上，并設置合適的上拉電阻，可以實現總線的高電平狀態(tài)。而當設備需要將總線拉低時，開漏輸出會將引腳與地相連，形成低電平狀態(tài)。這樣就可以實現多個設備對總線的控制和協(xié)調，確保數據的正常傳輸。

2.2 LED 控制

開漏輸出也被廣泛用于控制 LED（Light-Emitting Diode）的亮滅。LED 在工作時需要限流，以避免過電流損壞。通過使用開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。

在開漏輸出模式下，開關管閉合時，輸出引腳連接到地，電流經過 LED 和限流電阻。LED 將發(fā)出光亮。當開關管打開時，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/輸出擴展

開漏輸出還可用于輸入/輸出（I/O）擴展。通過使用外部電阻和開漏輸出組合，可以將一個 GPIO（General Purpose Input/Output）引腳擴展為多個輸入或輸出引腳。

在輸入模式下，通過在外部電路中添加上拉電阻，當外部設備給出低電平時，開關管閉合，GPIO 引腳讀取到低電平信號。而當外部設備給出高電平時，開關管打開，GPIO 引腳處于高阻抗狀態(tài)。

在輸出模式下，可以通過開漏輸出控制多個外部設備。每個設備通過外部電路連接到開漏輸出引腳和上拉電阻。當開關管閉合時，相應的設備接收到低電平信號；當開關管打開時，設備不接收任何信號，并處于高阻抗狀態(tài)。

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3.開漏輸出和推挽輸出的區(qū)別

開漏輸出和推挽輸出是常見的輸出驅動方式，它們在工作原理和應用場景上有所不同。

3.1 工作原理

開漏輸出通過控制開關管的閉合與打開來控制輸出引腳的連接與斷開，形成低電平或浮空狀態(tài)。而推挽輸出則通過開關管的閉合和打開來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

開漏輸出需要使用外部上拉電阻來提供引腳的高電平信號。這是因為開漏輸出只能提供低電平信號，而不能主動提供高電平信號。因此，在使用開漏輸出時，需要添加適當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，因為它可以直接提供高電平信號。

3.3 輸出電流

開漏輸出可以承受較高的輸出電流，因為它通過外部上拉電阻將電流限制在安全范圍內。而推挽輸出可以提供更大的輸出電流，因為它直接連接到高電源或低電源。

3.4 應用場景

開漏輸出適合于多設備共享總線的場景，如I2C和SPI通信協(xié)議。它可以實現多個設備對總線的控制和數據傳輸。

推挽輸出則適用于需要直接驅動負載的場景，如控制 LED、電機或其他外部設備。

開漏輸出是一種常見的輸出驅動方式，通過控制開關管的閉合與打開來控制輸出引腳的連接與斷開。它在總線系統(tǒng)、LED控制和輸入/輸出擴展等方面有著重要的應用。開漏輸出和推挽輸出在工作原理、上拉電阻、輸出電流和應用場景上存在差異。了解這些差異可以幫助選擇適當的輸出驅動方式以滿足特定需求。