開汲極與推挽輸出的差異:結構、上升時間、線及、用途比較
兩者都是輸出數位訊號的輸出級,但輸出 H 的方式不同。推挽輸出組合電源側的 pMOS 與接地側的 nMOS,H 與 L 都由電晶體主動輸出,因此速度快,靜止時幾乎沒有電流流動。開汲極輸出只有接地側的 nMOS,L 由它拉低,H 則是將輸出斷開,再由上拉電阻拉高。上升雖然較慢,但能將多個輸出接在 1 條線上(線及),也能選擇上拉的電壓,因此用於 I2C 與中斷線。
| 項目 | 推挽輸出 | 開汲極輸出 |
|---|---|---|
| 輸出級的結構 | 電源側的 pMOS 與接地側的 nMOS 共 2 個(與 CMOS 反相器相同的形式) | 只有接地側的 nMOS。汲極引出到接腳,電源側什麼也沒有 |
| 輸出 H 的機制 | pMOS 導通,將接腳接到電源 | nMOS 關斷使接腳斷開(高阻抗),由外部的上拉電阻拉高 |
| 輸出 L 的機制 | nMOS 導通,將接腳接到接地 | nMOS 導通,將接腳接到接地(相同) |
| 上升速度 | 快。由 pMOS 充電 | 慢。由上拉電阻 R 與線路電容 C 的時間常數 RC 決定(例:4.7 kΩ 與 100 pF 約為 0.47 µs) |
| 下降速度 | 快。由 nMOS 放電 | 快。由 nMOS 放電 |
| 將多個輸出接在 1 條線上 | 不行。H 與 L 衝突時,會有大電流從電源流向接地 | 可以。只要任 1 個輸出 L,線路就會變成 L(線及) |
| 與不同電壓電路的連接 | H 的電壓由自身的電源電壓決定。與不同電壓的電路連接需要位準轉換器 | H 的電壓由上拉的電壓決定,因此在接腳耐壓範圍內可配合對方的電壓 |
| 消耗電流 | 靜止時幾乎不流(只有漏電流)。切換時會有充放電電流 | 輸出 L 期間,上拉電阻持續有電流流過(3.3 V 與 4.7 kΩ 約為 0.7 mA) |
| 速度的大致範圍 | 可達數十 MHz 以上 | 受上拉電阻與電容限制。I2C 為 100 kHz、400 kHz、1 MHz 等 |
| 主要用途 | SPI 與 UART 的訊號、時脈、一般 GPIO、記憶體匯流排等快速訊號 | I2C 與 SMBus、多個元件共用的中斷線與重置線、與不同電壓電路的連接、LED 驅動 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。