推挽与开漏输出

一般来说，微控制器的引脚都会有一个驱动电路，可以配置不同类型的数字和模拟电路接口。输出模式一般会有推挽与开漏输出。

推挽输出

推挽输出（Push-Pull Output），故名思意能输出两种电平，一种是推（拉电流，输出高电平），一种是挽（灌电流，输出低电平）。推挽输出可以使用一对开关来实现，在芯片中一般使用晶体管 / 场效应管。

如图，分别是推和挽，详细过程是：

• 推：当输入信号为低电平时，P-MOS 导通，电流从 VDD 经过它到输出引脚。此时 N-MOS 截止。
• 挽：当输入信号为高电平时，N-MOS 导通，电流从输出引脚经过它到 GND。此时 P-MOS 截止。

推挽操作不允许在总线配置中把多个设备连接在一起，只能单向线路的接口（例如 SPI、UART），如果当两个推挽输出结构相连在一起，一个输出高电平，即上管导通，下管闭合；同时另一个输出低电平，即上管闭合，下管导通时。电流会从第一个引脚的 VCC 通过上管再经过第二个引脚的下管直接流向 GND。整个通路上电阻很小，会发生短路，进而可能损害端口。这也是为什么推挽输出不能实现线与的原因。

推挽输出因为能驱动高低电平，有更高的驱动能力，在数字信号中有更好的上升 / 下降沿（斜率较大），意味着更好的性能。

推挽输出一般也可以被配置为输入模式，通过关闭上下管，在线路上呈高阻抗状态。

开漏输出

开漏（OD，Open Drain Output）指打开 MOS 管的漏极，历史上也有开集输出（OC，Open Collect Output）

最原始的开漏输出只有两种状态：低、高阻。如果需要输出高电平，则需要外加上拉电阻。

最原始的开漏输出是用一个 N-MOS 管实现的，当输入信号为高电平时，输出脚被拉低到地；但输入信号为低电平时，输出脚呈高阻浮空态。

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。

开漏输出常用在通信接口，有多个设备连接在同一线上（例如 I2C、One-Wire）。线路默认被上拉电阻拉至高电平，当任意设备有信号触发时，就会将整条线电平拉低。

用于开漏输出的上拉电阻必须平衡以下参数：

• 边沿斜率：线路本身有电容，上拉电阻与其耦合会构成低通滤波器，不同阻值会影响上升 / 下降沿的斜率。电阻越小，边沿越陡，信号传输效果越好。
• 功耗：如果上拉电阻阻值过小，当线被上拉时会导致过高的功耗
• 噪声：如果上拉电阻阻值过大，上拉会变弱，外部干扰噪声会更容易被线路拾取。

对比

	推挽输出	开漏输出
高电平驱动能力	高	看外部上拉电阻
低电平驱动能力	高	高
电平跳变速度	快	由外部上拉电阻决定，越小越快但功耗越大
线与	不支持	支持
电平转换	不支持	支持

• 推挽输出一般用于单向线通信；开漏通常用于双向线通信。
• 因为有上拉电阻，所以开漏输出功耗会相对高。
• 一般来说，推挽比开漏切换速度快。