开漏输出和推挽输出

一、前置简单的知识

二、推挽输出

1.组成：

2.驱动性：

3.原理/工作流程

①输出高电平：

②输出低电平：

4.推挽电路图

5.特性

①双向驱动能力：

②快速切换：

6.单片机控制

①配置输出模式：

②输出电平控制：

三、开漏输出

1.组成：

2.驱动性：

3.原理/工作流程

①说明：

②输出低电平：

③输出高电平：

4.开漏电路图

5.特性

①线与功能：

②电平兼容性：

6.单片机控制

①配置输出模式：

②输出电平控制：

7.开漏输出外部电路要求：必须外接上拉电阻！！！

四、总结

1. 开漏输出：灵活适配多设备协同

2. 推挽输出：高效驱动高速 / 大负载

五、进阶理解MOS管

！！图片/知识参考来源

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一、前置简单的知识

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二、推挽输出

1.组成：

                N-MOS、P-MOS

2.驱动性：

        高低电平都具有驱动能力

3.原理/工作流程

①输出高电平：

        单片机通过寄存器控制 P 型 MOS 管导通，N 型 MOS 管截止。

        此时，输出引脚直接连接到电源 VCC（如 3.3V 或 5V），形成强上拉，输出高电平。

②输出低电平：

        单片机控制 N 型 MOS 管导通，P 型 MOS 管截止。

        输出引脚接地（GND），形成强下拉，输出低电平。

4.推挽电路图

5.特性

①双向驱动能力：

        既能向负载提供电流（拉电流），也能从负载吸收电流（灌电流），驱动能力强（典型值 20mA），适合直接驱动 LED、继电器等设备。这是推挽电路主动完成的两个功能。

②快速切换：

        上下管交替工作，信号上升沿和下降沿均由有源器件驱动，速度快，适用于高速信号传输（如 SPI）。

6.单片机控制

①配置输出模式：

        通过寄存器设置 GPIO 为推挽输出模式。例如，

        STM32 中使用GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP；

        （51单片机好像没遇到过需要配置IO口模式，不了解）

②输出电平控制：

        直接操作输出数据寄存器（如 STM32 的 GPIOx_ODR）或位设置 / 清除寄存器（GPIOx_BSRR）。

IO 口电平	PMOS 状态	NMOS 状态	输出结果
高电平	导通	截止	输出≈VDD（推）
低电平	截止	导通	输出≈GND（拉）

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三、开漏输出

1.组成：

        N-MOS

2.驱动性：

        仅低电平具有驱动能力。高电平不具备驱动能力。

3.原理/工作流程

①说明：

        开漏输出仅包含一个 N 型 MOS 管，无法主动输出高电平，需依赖外部上拉电阻实现输出高电平。

②输出低电平：

        单片机控制 N 型 MOS 管导通，输出引脚接地，形成低电平。

③输出高电平：

        单片机控制 N 型 MOS 管截止，输出引脚处于高阻态，此时需外部上拉电阻将引脚电压拉高至目标电平（如 VCC_EXT）。

4.开漏电路图

5.特性

推挽输出不具备下述性能。

①线与功能：

        多个开漏输出引脚并联时，任一引脚输出低电平会将总线拉低，仅当所有引脚均为高阻态时，总线才被上拉电阻拉高。这一特性支持多设备共享总线（如 I²C、1-Wire）。

②电平兼容性：

        通过外接不同电压的上拉电阻（如 5V），可实现跨电压域通信（如 3.3V 单片机驱动 5V 外设），也就是3.3V的开漏输出，只要开漏输出引脚处上拉一个5V电阻，就可以用3.3V驱动5V的模块。

6.单片机控制

①配置输出模式：

        设置 GPIO 为开漏输出模式。例如，

        STM32 中使用GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD，并需使能内部或外部上拉电阻；                

        （51单片机好像没遇到过需要配置IO口模式，不了解）

②输出电平控制：

        写入0时 N 型 MOS 管导通，输出低电平；

        写入1时 N 型 MOS 管截止，引脚呈高阻态，需外部上拉电阻实现高电平。

7.开漏输出外部电路要求：必须外接上拉电阻！！！

        阻值通常为 1kΩ~10kΩ，需根据负载电流和信号速度选择。阻值过小可能导致 MOS 管过载，阻值过大则会降低驱动能力并延长信号上升时间。

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四、总结

对比维度	开漏输出（Open-Drain）	推挽输出（Push-Pull）
输出级结构	仅含 1 个 NMOS 管（下拉管），PMOS 管永久禁用	含 PMOS（上拉管）+ NMOS（下拉管），两者互补工作
上拉电阻需求	必须外接（否则高电平时输出浮空，无法稳定）	无需外接（PMOS 直接驱动高电平）
高电平驱动	依赖外部上拉电阻（如接 VDD），属于 “被动拉高”	PMOS 主动导通，直接将输出拉至 VDD，属于 “主动推高”
驱动能力	仅支持灌电流（低电平时），高电平驱动能力由上拉电阻决定（电阻越大，能力越弱）	支持拉电流（高电平，PMOS 提供）+ 灌电流（低电平，NMOS 提供），双向驱动能力强
电平灵活性	可通过外接不同电压的上拉电阻实现电平转换（如 3.3V IO 口接 5V 上拉，输出 5V 高电平）	高电平固定为 IO 口的电源电压（如 VDD=3.3V，高电平≈3.3V），无法灵活转换
线与功能	支持（多设备输出端并联，只要一个输出低电平，总线即为低电平，需共上拉）	不支持（多设备输出端并联可能导致电源短路，如 A 设备 PMOS 导通输出高，B 设备 NMOS 导通输出低）
信号速度	慢（高电平上升时间由上拉电阻和负载电容决定，电阻越大、电容越大，速度越慢）	快（无外部电阻，上升 / 下降时间仅由晶体管开关速度决定，适合高频信号）
静态功耗	高电平时仅上拉电阻有静态电流（电流小），低电平时 NMOS 导通电流集中在负载	高 / 低电平时均有一个晶体管导通，静态功耗略高于开漏（但动态功耗更低）

1. 开漏输出：灵活适配多设备协同

• 核心特性：依赖上拉、支持线与、电平可转换。
• 典型应用：
  • 多设备共享总线（如 I²C、SMBus）：利用线与特性实现 “一主多从” 通信，避免信号冲突。
  • 电平转换场景（如 3.3V MCU 驱动 5V 传感器）：通过外接 5V 上拉电阻，使 3.3V IO 口输出 5V 高电平。
  • 漏极开路门电路（如 OC 门）：需多门并联控制同一负载时，避免电源短路。

2. 推挽输出：高效驱动高速 / 大负载

• 核心特性：无需外接元件、双向强驱动、高速响应。
• 典型应用：
  • 高速同步通信（如 SPI、USB、UART）：快速的上升 / 下降时间满足高频信号传输需求（如 SPI 时钟可达几十 MHz）。
  • 直接驱动负载（如 LED、继电器、电机）：拉 / 灌电流能力强，可直接为负载提供足够电流（如 STM32 推挽输出灌电流可达 20mA）。
  • 单端信号输出（如 GPIO 控制开关）：无需复杂外围电路，简化硬件设计。

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五、进阶理解MOS管（暂无）

除非你熟练了开漏输出和推挽输出的工作原理，以及对深层原理感兴趣，不然不推荐看。

（连接待更新）

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！！图片/知识参考来源

什么是GPIO的推挽输出和开漏输出_哔哩哔哩_bilibili

开漏输出和推挽输出 详细解析 - 知乎