open drain和push pull

GPIO常常可以设置为输出和输入；在配置GPIO管脚的时候，常会见到两种模式：开漏（open-drain，漏极开路）和推挽（push-pull）；

这里先熟悉下什么是mos管：MOS管，即绝缘性场效应管。MOS英文全称为Metal-Oxide-Semiconductor即金属-氧化物-半导体，常用做开关元件；G：gate 栅极，S：source 源极；D：drain 漏极；

工作原理：NMOS的特性，Vgs（栅极电压）大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V, 其他电压，看手册）就可以了。

PMOS的特性，Vgs（栅极电压）小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

Push-Pull推挽输出

输出的器件是指输出脚内部集成有一对互补的MOSFET，当Q1导通、Q2截止时输出高电平；而当Q1截止导通、Q2导通时输出低电平。Push-Pull输出，实际上内部是用了两个晶体管（transistor），此处分别称为Top-Transistor和Bottom-Transistor。通过开关对应的晶体管，输出对应的电平。Top-Transistor打开(Bottom-Transistor关闭)，输出为高电平；Bottom-Transistor打开(Top-Transistor关闭)，输出低电平。除非Push-pull需要支持额外的高阻抗状态，否则不需要额外的上拉电阻。

特点：

Push-pull即能够漏电流(sink current)，又可以集电流(source current)；
push－pull的高低电平由IC的电源决定，不能简单的做逻辑操作；

Open-Drain开漏输出

开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。指内部输出和地之间有个N沟道的MOSFET（Q1），这些器件可以用于电平转换的应用。输出电压由Vcc决定。Vcc可以大于输入高电平电压VCC1(call UP-Translate)也可以低于输入高电平电压VCC(call Down-Translate)；

特点：

Open-drain只能够漏电流（sink current），如果想要集电流（source current），则需要加一个上拉电阻。
可以将多个开漏输出的Pin脚，连接到一条线上，形成“与逻辑”关系,即“线与”功能，任意一个变低后，开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理；
利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ，MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。
可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平，如图， IC的逻辑电平由电源Vcc1决定，而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了;
标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路，才能具备双向输入、输出的能力。

缺点：开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平;

总结：

常见的GPIO的模式可以配置为open-drain或push-pull，具体实现上，常为通过配置对应的寄存器的某些位来配置为open-drain或是push-pull。当我们通过CPU去设置那些GPIO的配置寄存器的某位的时候，其GPIO硬件IC内部的实现是，会去打开或关闭对应的top transistor。相应地，如果设置为了Open-D模式的话，是需要上拉电阻才能实现，也能够输出高电平的。因此，如果硬件内部(internal)本身包含了对应的上拉电阻的话，此时会去关闭或打开对应的上拉电阻。如果GPIO硬件IC内部没有对应的上拉电阻的话，那么你的硬件电路中，必须自己提供对应的外部(external)的上拉电阻。而push-pull输出的优势是速度快，因为线路是以两种方式驱动的。而带了上拉电阻的线路，即使以最快的速度去提升电压，最快也要一个常量的R×C的时间。其中R是电阻，C是寄生电容(parasitic capacitance)，包括了pin脚的电容和板子的电容。但是，push-pull相对的缺点是往往需要消耗更多的电流，即功耗相对大。而open-drain所消耗的电流相对较小，由电阻R所限制，而R不能太小，因为当输出为低电平的时候，需要sink更低的transistor，这意味着更高的功耗。而open-drain的好处之一是，允许你short多个open-drain的电路，共用一个上拉电阻，此种做法称为wired-OR连接，此时可以通过拉低任何一个IO的pin脚使得输出为低电平。为了输出高电平，则所有的都输出高电平。此种逻辑，就是“线与”的功能，可以不需要额外的门电路来实现此部分逻辑。

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