上下拉電阻作用的引申—OC,OD門

　　簡介：由上下拉電阻的作用引出本文的內容，OC和OD門。

　　OC(open collector)是集電極開路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅動門電路。

　　集電極開路輸出的結構如圖1所示，右邊的那個三極管集電極什么都不接，所以叫做集電極開路(左邊的三極管起反相作用，使輸入為"0"時，輸出也為"0")。對于圖1，當左端的輸入為“0”時，前面的三極管截止，所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上，右邊的三極管導通(即相當于一個開關閉合);當左端的輸入為“1”時，前面的三極管導通，而后面的三極管截止(相當于開關斷開)。

　　我們將圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關受軟件控制，“1”時斷開，“0”時閉合。很明顯可以看出，當開關閉合時，輸出直接接地，所以輸出電平為0。而當開關斷開時，則輸出端懸空了，即高阻態(tài)。這時電平狀態(tài)未知，如果后面一個電阻負載(即使很輕的負載)到地，那么輸出端的電平就被這個負載拉到低電平了，所以這個電路是不能輸出高電平的。

　　再看圖三。圖三中那個1K的電阻即是上拉電阻。如果開關閉合，則有電流從1K電阻及開關上流過，但由于開關閉和時電阻為0(方便我們的討論，實際情況中開關電阻不為0，另外對于三極管還存在飽和壓降)，所以在開關上的電壓為0，即輸出電平為0。如果開關斷開，則由于開關電阻為無窮大(同上，不考慮實際中的漏電流)，所以流過的電流為0，因此在1K電阻上的壓降也為0，所以輸出端的電壓就是5V了，這樣就能輸出高電平了。但是這個輸出的內阻是比較大的(即1KΩ)，如果接一個電阻為R的負載，通過分壓計算，就可以算得最后的輸出電壓為5*R/(R+1000)伏，即5/(1+1000/R)伏。所以，如果要達到一定的電壓的話，R就不能太小。如果R真的太小，而導致輸出電壓不夠的話，那我們只有通過減小那個1K的上拉電阻來增加驅動能力。但是，上拉電阻又不能取得太小，因為當開關閉合時，將產生電流，由于開關能流過的電流是有限的，因此限制了上拉電阻的取值，另外還需要考慮到，當輸出低電平時，負載可能還會給提供一部分電流從開關流過，因此要綜合這些電流考慮來選擇合適的上拉電阻。

　　OD(open drain)是漏極開路。

　　對于漏極開路(OD)輸出，跟集電極開路輸出是十分類似的。將上面的三極管換成場效應管即可。這樣集電極就變成了漏極，OC就變成了OD，原理分析是一樣的。

　　開漏形式的電路有以下幾個特點：

　　a. 利用外部電路的驅動能力，減少IC內部的驅動。 或驅動比芯片電源電壓高的負載.

　　b.可以將多個開漏輸出的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。接容性負載時，下降延是芯片內的晶體管，是有源驅動，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，功耗會大。所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。

　　c. 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。

　　d. 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。

　　正常的CMOS輸出級是上、下兩個管子，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：電平轉換和線與。

　　由于漏級開路，所以后級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。這樣你就可以進行任意電平的轉換了。

　　線與功能主要用于有多個電路對同一信號進行拉低操作的場合，如果本電路不想拉低，就輸出高電平，因為OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高電平是靠外接的上拉電阻實現(xiàn)的。(而正常的CMOS輸出級，如果出現(xiàn)一個輸出為高另外一個為低時，等于電源短路。)

　　OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點，就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電，所以當電阻選擇小時延時就小，但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。