開漏（open drain）和開集（open collector）的概念

在電路設(shè)計(jì)時(shí)我們常常遇到開漏(open drain)和開集(open collector)的概念。

所謂開漏電路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏極。同理，開集電路中的“集”就是指三極管的集電極。開漏電路就是指以MOSFET的漏極為輸出的電路。一般的用法是會(huì)在漏極外部的電路添加上拉電阻。完整的開漏電路應(yīng)該由開漏器件和開漏上拉電阻組成。如圖1所示：

組成開漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)R pull-up ，MOSFET到GND。IC內(nèi)部?jī)H需很下的柵極驅(qū)動(dòng)電流。如圖：

2. 可以將多個(gè)開漏輸出的Pin，連接到一條線上。形成“與邏輯”關(guān)系。如圖1，當(dāng)PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一個(gè)變低后，開漏線上的邏輯就為0了。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。

3. 可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。如圖2, IC的邏輯電平由電源Vcc1決定，而輸出高電平則由Vcc2決定。這樣我們就可以用低電平邏輯控制輸出高電平邏輯了。

4. 開漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。

5. 標(biāo)準(zhǔn)的開漏腳一般只有輸出的能力。添加其它的判斷電路，才能具備雙向輸入、輸出的能力。

應(yīng)用中需注意：

1。 開漏和開集的原理類似，在許多應(yīng)用中我們利用開集電路代替開漏電路。例如，某輸入Pin要求由開漏電路驅(qū)動(dòng)。則我們常見的驅(qū)動(dòng)方式是利用一個(gè)三極管組成開集電路來驅(qū)動(dòng)它，即方便又節(jié)省成本。如圖3。

2。 上拉電阻R pull-up的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小。反之亦然。

Push-Pull輸出就是一般所說的推挽輸出，在CMOS電路里面應(yīng)該較CMOS輸出更合適，因?yàn)樵贑MOS里面的push-pull輸出能力不可能做得雙極那么大。輸出能力看IC內(nèi)部輸出極N管P管的面積。和開漏輸出相比，push-pull的高低電平由IC的電源低定，不能簡(jiǎn)單的做邏輯操作等。push-pull是現(xiàn)在CMOS電路里面用得最多的輸出級(jí)設(shè)計(jì)方式。

當(dāng)然open drain也不是沒有代價(jià)，這就是輸出的驅(qū)動(dòng)能力很差。輸出的驅(qū)動(dòng)能力很差的說法不準(zhǔn)確，驅(qū)動(dòng)能力取決于IC中的末級(jí)晶體管功率。OD只是帶來上升沿的延時(shí)，因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電的，當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小、但功耗大，反之延時(shí)大功耗小。OPEN DRAIN提供了靈活的輸出方式，但也是有代價(jià)的，如果對(duì)延時(shí)有要求，建議用下降沿輸出。

電阻小延時(shí)小的前提條件是電阻選擇的原則應(yīng)在末級(jí)晶體管功耗允許范圍內(nèi)，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者在使用邏輯芯片時(shí)，不會(huì)選擇1歐姆的電阻作為上拉電阻。在脈沖的上升沿電源通過上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，顯然電阻越小上升時(shí)間越短，在脈沖的下降沿，除了負(fù)載通過有源晶體管放電外，電源也通過上拉電阻和導(dǎo)通的晶體管對(duì)地 形成通路，帶來的問題是芯片的功耗和耗電問題。電阻影響上升沿，不影響下降沿。如果使用中不關(guān)心上升沿，上拉電阻就可選擇盡可能的大點(diǎn)，以減少對(duì)地通路的 電流。如果對(duì)上升沿時(shí)間要求較高，電阻大小的選擇應(yīng)以芯片功耗為參考。