開漏(open-drain)或開集電極(open-collector)輸出引腳由單個晶體管驅動,將引腳拉到只有一個電壓(通常是接地)。當輸出裝置關閉時,引腳被懸空(開啟,或高阻態)。
一個常見的例子是n溝道晶體管,當晶體管導通時,將訊號拉向地,或者當晶體管關斷時,將訊號保持開路。
開漏指的是在場效應晶體管技術中實作的這種電路,因為晶體管的漏極埠連線到輸出端;開集指的是雙極晶體管的集電極連線到輸出。
當晶體管關斷時,訊號可以被另一個裝置驅動,或者可以透過電阻上拉或下拉。電阻可防止未定義的漂浮狀態(高阻態)。
什麽是開集輸出
Open collector(開集)是一種電路輸出結構,它允許多個輸出裝置共享一個電路線。在Open collector電路中,輸出器件可以將輸出線拉低(接地),但不能將其拉高。因此,當輸出器件拉低時,輸出線將被拉低,而當輸出器件不拉低時,輸出線將由上拉電阻上拉到高電平。這種結構通常用於數位電路和匯流排系統中。
集電極開路輸出透過內部雙極結型晶體管 (BJT) 的基極處理 IC 的輸出,該晶體管的集電極暴露為外部輸出引腳。
對於 NPN 開路集電極輸出,NPN 晶體管的發射極在內部接地, 因此 NPN 開路集電極在內部形成短路(技術上低阻抗或「低 Z」)連線到晶體管導通時的低電壓(可能接地),或晶體管關閉時的開路(技術上高阻抗或「hi-Z」)。輸出通常連線到外部上拉電阻,當晶體管關閉時,該電阻將輸出電壓拉至電阻的電源電壓。
對於NPN開漏輸出,NPN晶體管的發射極內部連線到地,因此當晶體管開啟時,NPN開漏內部形成短路(技術上是低阻抗或「低-Z」)連線到低電壓(可能是地線),或者當晶體管關閉時形成開路(技術上是高阻抗或「高-Z」)。輸出通常連線到外部上拉電阻,當晶體管關閉時,上拉電阻將輸出電壓拉到電阻的供電電壓。
對於 PNP 集電極開路輸出,PNP 晶體管的發射極在內部連線到正電壓軌,因此集電極在晶體管導通時輸出高電壓,在晶體管截止時輸出高阻態。這有時稱為「集電極開路,驅動高」。
什麽是開漏輸出
開漏輸出(Open drain)是一種電路設計中常見的輸出模式,它允許多個裝置共享同一輸出線。在這種模式下,輸出埠可以被拉低以接地,但不能被拉高。這種設計可以用於連線到其他裝置的輸入埠,以便它們可以透過外部上拉電阻來拉高輸出埠。
上圖中的 Drain 是漏極,Source 是源極。
開漏輸出使用 MOS 晶體管 (MOSFET) 代替 BJT,並將 MOSFET 的漏極暴露為輸出。
如果沒有外部上拉電阻,當高電壓施加到 MOSFET 柵極時,nMOS 開漏輸出接地,OK 沒問題。但是,當低電壓施加到柵極時呈現高阻抗。由於 MOSFET 不導通,該高阻抗狀態下的電壓將是浮動的(未定義),這就是為什麽 nMOS 開漏輸出需要一個連線到正電壓軌的上拉電阻器以產生高輸出電壓。
使用 nMOS 開漏輸出的 MOS 管可能會提供「弱」(高電阻,通常約為 100 kΩ)內部上拉電阻,以將相關引腳連線到器件的正電源,因此它們的輸出電壓不會漂浮。這種弱上拉電阻由於其較低的 V²/R 而降低了功耗,並且可能避免對外部上拉的需要。外部上拉可能會「更強」(較低的電阻,也許 3 kΩ),以減少訊號上升時間(如 I²C)或最大限度地減少雜訊(如系統 RESET 輸入)。
現代微控制器可能允許對特定輸出引腳進行編程,以使用開漏輸出而不是推挽輸出、內部上拉的強度,並允許在不需要時禁用內部上拉。
對於 pMOS 開漏極,當晶體管導通時,輸出連線到正電源軌,而當晶體管關斷時,輸出為高阻抗。這有時稱為「開漏,驅動高」。
套用
開漏輸出和開集輸出是兩種常用的電路輸出模式,它們的區別在於使用的器件不同,開漏輸出使用MOS管,開集輸出使用三極管。這兩種輸出模式的共同特點是高電平時輸出高阻,需要借助外部上拉電阻才能輸出高電平。這樣可以實作以下幾個方面的套用:
當然,開漏輸出和開集輸出也有一些缺點,例如:
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