I2C推挽结构和开漏结构

I2C Architecture

I2C 采用的 GPIO 一般为开漏模式，支持线与功能，但是开漏模式无法输出高电平，所以需要外部上拉。Vdd 可以采用 5V、3.3V、1.8V等，电源电压不同，上拉电阻阻值也不同。

一般总线上认为，低于0.3Vdd为低电平，高于0.7Vdd为高电平。

推挽结构和开漏结构

推挽结构：使用两个三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中。电路工作时，两只对称的开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

图中上面是 NPN 型三极管，下面是 PNP 型三极管。分别有以下两种情况：

输出高电平：向负载灌电流。

输出低电平：从负载拉电流。

三极管和 MOS 管效果类似，不赘述。

开漏结构（OD）：对比推挽结构，开漏结构只有一个三极管或者MOS管。

之所以叫开漏，是因为MOS管分为三极：源极、栅极、漏极。漏极开路输出，所以叫开漏；如果是三极管：基极、集电极、发射极，集电极开路，所以叫开集输出（OC）。

开集输出（OC），NPN 三极管：

这个结构很好分析：Vin 高电平，三极管导通，对外输出低电平，外部被直接拉到低。Vin 低电平，集电极（C）开路，输出电平状态由外部决定。

以上分析均采用三极管，MOS管类似。

因此，推挽结构可以输出高低电平。开漏输出只能输出低电平，高电平由外部电路决定。

对比总结如下：

电平跳变速度，推挽输出由CPU控制，高低电平跳变速度快（0-》1），开漏输出由外部上拉电阻决定，上拉电阻小，反应速度快，从低电平到高电平跳变速度就快，但电阻小电流就大，功耗就高，反之亦然。

所以开漏输出的外部上拉电阻要兼顾速度和功耗。上拉电阻小，信号边沿陡峭，信号好，但是功耗高。

电平转换：推挽输出输出的高低电平只有0和Vdd，开漏输出的高电平由外部上拉电阻决定，多少V都可以，只要不超过MOS管击穿电压。