推挽输出与开漏输出

推挽输出与开漏输出

前言

在使用GPIO口时，会遇到两种配置，一种叫推挽输出，一种叫开漏输出，今天就简聊一聊这两种模式的差异和选择。

一、推挽输出

如图所示，以STM32的GPIO输出端口结构为例，开漏与推挽电路主要由一个PMOS和一个NMOS组成，两个MOS相互配合实现推挽电路。
如下图：当Q1导通，Q2截至时，电流经红色路径，将右侧MOS导通，扩音器运作。整个过程电流由内向外，类似将电流推出去。

如图：当Q2导通，Q1截至时，电流经红色路径，右侧MOS截至，扩音器停止。整个过程通过GND将外部电流拉进来，类似将电流挽回去。

如上所述，两个过程一推一挽，两种结果，描述了GPIO输出高低电平时电流的一个动作，就是常说推挽。
特点：推挽输出的最大特点是可以真正能真正的输出高电平和低电平，在两种电平下都具有驱动能力

二、开漏输出

简单总结一下Q1和Q2对于GPIO输出状态的影响，其真值表如表：

在第3种和第4种情况下Q1均为关断状态，此时可将Q1看成是不存在的，此时Q2的漏极啥也没接，处于浮空状态，我们称之为开漏。
如果此时在右侧给他接一个芯片的EN脚，假设EN脚为低电平失能高电平使能，但是此时的漏极只能是高阻态和低电平，没有对芯片EN使能和失能的功能。

那么怎么才能使用漏极拥有失能和失能的能力呢？
如果在其中接入一个上拉电阻，这是的情况会如何

如果Q1导通，GND接入，电流通过红色路径到地，EN等效为GND此时也处于低电平，
如果Q1断开，GND断开，电流通过绿色路径到EN，EN被上拉此时处于高电平状态，

那么此时就有聪明的小伙伴就要问了，推挽电路可以输出高低电平，直接使用推挽电路直接输出高低电平控制EN，岂不快哉？
我觉得是可以的，但有一个问题就是，GPIO输出的电压基本是恒定的，而不同芯片的EN电压又是不一样的，比如常见的STM32的GPIO输出一般是3.3v，有的MCU的EN使能是5v，有的又是1v。不可能针对每个芯片再转一遍电压吧！这就体现了开漏电路的重要性了，只需根据需要的电压配个上拉电阻就OK了！

特点：开漏输出最主要的特性就是高电平没有驱动能力，需要借助外部上拉电阻才能真正输出高电平，其电平跳转速度也上拉电阻决定

在使用多个GPIO控制EN的话，如果使用推挽电路会出现这样一种情况，如图
当Q1打开，Q2关闭，那么Vout1输出高电平，
当Q3关闭，Q4打开，那么Vout2输出低电平
这种情况下，电路等效为真值表的第一种情况，MOS，VCC通过MOS直接接地MOS烧毁，不能进行“线与”

如果使用开漏，模式就不会出现这样一种情况，如图
只有当Vout1和Vout2都输出高电平时，EN才会是高电平，处于一种“线与”状态

总结

推挽输出：真正的高电平有驱动能力，无需上拉电阻，电平跳转快，不可“线与”，不可电平转换

开漏输出：虚假的高电平无驱动能力，需要上拉电阻，电平跳转慢，可以“线与”，可以电平转换