三态门及其在I2C总线中的应用_普中

----本篇笔记整理自B站郭天祥老师的视频《三态输出的CMOS门电路》，郭老师讲解十分细致，可温故而知新！

1.什么是三态门
三态门（也叫三态输出电路、三态输出门），其电路的输出除了高、低电平外，还有第三个状态-高阻态Z。
因为这种电路结构总是接在集成电路的输出端，所以也将这种电路称为输出缓冲器。

2.三态门的结构与原理

图左侧是三态输出门的内部结构，右侧是三态输出门的符号

解释：

真值表

输入输出关系：

EN=0，A和Y不通，呈高阻态。
EN=1，A=1时，Y=1。
EN=1，A=0时，Y=0。

注：已经根据上图原理自行推导验证过，真值表正确。推导过程中仔细看MOS管的箭头方向（即自由电子流向）

3.三态输出门在I2C总线中的应用（仅以在I2C总线中的应用举例）
在I2C总线中，任一时刻需要保证总线上仅有一个设备处于“工作”状态，其余设备需要“等待”，否则同时工作会出现数据通信混乱，其中“等待”状态即通过高阻态来实现。

如下图所示，图左侧是总线上连接的各设备A1、A2、……、An（仅能实现设备–>总线的单向导通），图右侧是单个设备–>总线的双向导通。

其中，左图中当其中一个设备（如A1）处于"工作状态"，则EN1=1，而其余设备必须保持“等待”，即EN2、EN3、……、ENn均=0；

而从右图可以发现，EN赋给G1与G2的值是反向的，因此任何时刻G1与G2中都有1个是高阻态，一个是非高阻态，以此实现设备与总线的双向通信。

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