详解开漏输出和推挽输出

开漏输出和推挽输出

以上是 GPIO 配置为输出时的内部示意图，我们要关注的其实就是这两个 MOS 管的开关状态，可以组合出四种状态：

两个 MOS 管都关闭时，输出处于一个浮空状态，此时他对其他点的电阻是无穷大的，所以这个状态也被称为高阻态；当两个 MOS 管都打开时，电源直接对地短路，MOS 管就烧毁了，所以这种状态不存在。对于一个 GPIO 来说，配置为输出时，就只能有这三种状态。

推挽输出

把 GPIO 输出的高电平和低电平拿出来，组成一个组合。

当我们外接一个 MOS 管时，输出高电平，电流流出去给外面的 MOS 管的栅极充电，所以这个过程称为推。把电流推出去。

当 IO 口输出低电平时，电路流进来给外面的 MOS 管的栅极放电，这个过程就是挽，把电流挽回来。

所以所谓的推挽就是描述了 MOS 管输出高低电平时，电流的一个动作而已。

开漏输出

把 GPIO 输出的低电平和浮空/高阻态拿出来，组成一个组合。

这种组合下，上面的 MOS 管永远是关闭的，所以这个时候可以把上面当作不存在的。

下面的 MOS 管的漏极就等于什么都没接，属于一个开路状态，所以这个模式被称为开漏模式。
开漏模式的作用：

1. 改变高电平的电压；
   举个例子，现在想用这个 GPIO 去控制一个芯片的 enable 引脚，但是这个 GPIO 输出的高电平是 5V。而芯片只支持 3.3V 输入，如果使用推挽模式输出高电平的话，是 5V，可能会把后面的芯片烧毁。
   

   所以需要使用开漏模式，同时需要在外面接一个上拉电阻，这样当 MOS 关闭，也就是 GPIO 处于高阻态时，enable 就会被上拉电阻拉到 3.3V，也就是高电平；当 MOS 管打开时，enable就被 MOS 管拉到了低电平。以上实现了 5V 单片机对 3.3V 芯片的控制。

   

2. 支持多个 GPIO 来控制一个输入；
   
   上面是使用两个 GPIO 来控制右边芯片的 enable。如果使用的是推挽模式，如果上面的 GPIO 输出的是高电平，下面输出的是低电平，那么左边的通路就会短路，两个 MOS 管会烧毁一个。所以需要把这两个 GPIO 都配置为开漏模式，然后再外接一个上拉电阻。这样只要有任意一个 GPIO 输出低电平时，enable 就是低电平。如果都处于高阻态，enable 就是高电平。

   上面的现象就是“线与”，只要有任意一个或多个 GPIO 输出了低电平，输出的就都是低电平；只有所有 GPIO 都输出高电平，总线才处于高电平。

总结

一个 GPIO 根据内部 MOS 管的开关情况，存在三种输出状态，分别是高电平、低电平和高阻态。

推挽输出，是通过开关管直接接到正极和负极的，所以是强上拉和强下拉的模式。
开漏输出是去掉强上拉的开关管，输出低电平时，下管导通，是强下拉。输出高电平时，下管断开，但是没有上管了，此时引脚处于浮空状态，也就是高阻态。
开漏输出一般都会配置一颗外部的上拉电阻。通过一个电阻拉到高电平的，属于弱上拉。弱上拉的好处：

1. 完全杜绝了电源短路现象，保证电路的安全；
2. 避免了引脚模式的频繁切换；开漏加弱上拉的模式，同时兼具了输入和输出的功能；想要输出，就操作 MOS 管的打开和关闭；想要输入的话，就让 MOS 管处于关闭状态，然后观察电路中的电流就可以。