最近畫的一塊板子中用到了六路同相門晶元74hc07作為電平轉換，將fpga產生的3.3v訊號轉換為5v，但是沒有注意到74hc07的輸出是開漏結構（以為給74hc07乙個5v電源就可以將輸入的3.3v電平轉換為5v電平輸出……囧……，好吧我承認我是菜鳥），結果可想而知，板子拿回來完全不能用，只好用飛線給74hc07的幾個輸出口接了1k的上拉電阻，這樣板子才正常工作了，但是板子上接了一堆的飛線，怎麼看都覺得不爽，哎，都是這個開漏結構給害的……
於是乎，在做下一版之前，我仔細研究了一下這個開漏輸出結構，發現晶元的io口結構還是很有學問的，下面以51微控制器的輸出口結構為例，介紹一下常見的幾種輸出口結構：
1. 準雙向口結構
準雙向口，也就是說不是真正的雙向口，真正意義上的雙向口是需要通過設定專門的「輸入輸出方向暫存器」將io口設為輸入模式或者輸出模式，才能實現對應的輸入輸出功能。而準雙向口則不需要設定，作為輸出時直接向口線暫存器寫；作為輸入時則需要先向io口寫1再去讀。準雙向口的內部電路結構如下如所示：
圖1 準雙向口內部電路結構
由圖可以看出當口線暫存器為1時，左邊的場效電晶體斷開，右邊的場效電晶體導通，於是輸出被電源上拉為1，輸出高電平；當口線暫存器為0時，左邊的管子導通，右邊的管子截止，輸出管腳相當於直接通過左邊的管子接地，輸出低電平。在讀取資料時，如果口線暫存器的值為1，當管腳接低電平時，採集到時輸入資料為1，反之為0，這種情況下是可以正確的讀取資料的，但是如果口線暫存器的值為0 ，則左邊的場效電晶體導通，輸出相當於直接與地線相連，此時無論外部輸入為高電平還是低電平，採集到的輸入資料都是0，這樣就不能正確的讀取資料了。所以對於準雙向口，作為輸入口使用時，必須先向該io口寫1，再讀取，這就是準雙向口的特點。
2.開漏輸出結構
開漏（open drain），這裡的「漏」指的是場效電晶體的漏極（drain），對應於三極體的集電極（collector），開漏就是指場效電晶體的漏極保持開路，直接接出作為輸出口，如下圖所示：
圖2 開漏輸出結構
從圖中可以看出，當口線暫存器為0時，管子導通，輸出直接通過管子接地，輸出低電平；當口線暫存器為1時，管子截止，輸出腳相當於懸空，為高阻態，因此開漏輸出介面不能夠正確的輸出高低電平。對於開漏輸出結構，輸出必須接上拉電阻，才能夠正常使用，如下圖所示：
圖3 開漏輸出結構加上拉電阻
外接了上拉電阻後，當口線暫存器為0時，輸出被電源上拉為高電平，口線暫存器為0時，輸出口通過管子直接接地，為低電平，這樣就可以正確的讀取外部資料了。
很多晶元都提供開漏輸出結構，這是因為開漏輸出結構有很多優點：
a. 充分利用外部電路的驅動能力，減小晶元內部的驅動，從而降低晶元的功耗，提高晶元工作穩定性
b. 可以通過改變上拉電源的電壓，改變訊號的傳輸電平，比如某晶元的輸出為3.3v電平，其輸出口的上拉電源可以為5v，這樣就很方便的實現了電平轉換。
當然，開漏輸出也存在明顯的缺點：在輸出脈衝訊號時，在脈衝的上公升沿，電源通過上拉無源電阻對負載充電，其速度較慢，導致上公升時間變長，因而會導致脈衝上公升沿變壞，上拉電阻阻值越大，充電時間就越長，因此其速度越慢，而阻值較小時，其功耗又會變大，因此在設計時要兼顧速度和功耗。而對於下降沿，電源通過晶元內部的場效電晶體放電，其速度較快，所以上拉電阻對脈衝的下降沿影響不大，某些情況下可以考慮用下降沿輸出。
3.推挽輸出
推挽輸出也是一種很常見的輸出結構，其內部電路結構如圖所示：
圖4 推挽輸出結構
與準雙向口類似，只是右邊的場效電晶體為強上拉作用，因而輸出電流較大，適用於需要大電流驅動的場合。在使用推挽結構時，要注意不要將兩個io口短接，因為如果乙個io口為高電平而另外乙個為低電平時，會有很大的電流流入晶元，可能燒壞晶元。
總之呢，在使用一些不熟悉的晶元時，一定要注意其io口的結構，根據io口結構設計合適的電路，以免出現一些意想不到的錯誤。
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