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本帖最后由 傻大个牌纯碱 于 2017-2-25 15:36 编辑 # Y0 ?2 ^! Q# O% q- ~, J
' Q0 A9 B- o! A“鹏哥，I2C接口为什么总是要外接个上拉电阻？” m3 M( R2 b; g/ z) K/ ~0 O
“它是Open Drain结构。”
4 H* J* r' s k& n( f K! `1 M9 L B“哦！牛逼！”
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0 ^6 Z5 ~/ u0 v( k我操，谁能告诉我 Open Drain到底是什么鬼？+ Q: [! p5 Y4 w- [4 G; f
Open Drain，翻译过来就是开漏，意思是把MOS管的漏极不连接，悬空。手绘一个：
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* T" u* B' l3 ]1 n Q! w' J2 D开漏，是把上图电路中的Q2的漏极悬空。Q1是用来控制Q2的开关的。2 Z" K: R# E5 R3 c Q- e+ k
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；
A& o0 h! z! I* @1 _2 o2 j当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT处于悬空状态。, E' R! G8 M" e% n6 Q+ d2 z4 l7 h
所以Open Drain的第一个特点：此结构本身只可以输出低电平（Low）。
. }; v. O! o- M; f
* z# t8 y0 b: C3 ~2 u如果在OUTPUT端通过一颗电阻R2连接到POWER_1.8V，这种结构就有了输出高电平的能力：1 c0 P/ A2 B. _1 R. x0 g# r/ s/ c
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当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；
' C; y! f4 Y0 S$ W3 V, N# q当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT=1。
$ H B+ T: F. K9 ?. uR2的就是常说的上拉电阻，它的取值不是随便的，需要根据OUTPUT上的等效容值来选。在I2C的SPEC中第40页，专门画出了R2和等效容值的关系：" s/ W0 H3 f' x
9 S+ K4 j; @8 I0 k5 k% a, p" Z9 `图中可以看出R2（纵坐标Rp）和等效容值成反比例关系，简单地根据OUTPUT的波形来说：# h, D* S& e. v7 k' N$ w1 \
R2越大，OUTPUT上的上升沿越平缓；R2越小，OUTPUT上的上升沿越陡峭。上升沿的平缓程度就是我们常说的上拉能力。越陡峭，上拉能力就越好。
7 s/ H2 Z6 M; N/ ]5 {) n+ x, k需要注意的是，R2越小，功耗就越大。所以，R2要根据实际情况调整：先放一个大的上拉电阻，然后测量OUTPUT的波形，如果上升沿很陡峭，可以7 N3 M; G" w1 w; |
考虑再放大点；如果上升沿太平缓，那应该放小点了。( A1 a3 {& I' L3 ?/ t
MTK老的平台，I2C的上拉电阻放的是2.2K。新的平台都用4.7K上拉，这也说明了MTK的CPU制作工艺在提高。
2 ^; } s* P; n9 \& {- y! F同样，这是 Open Drain 第二个特点：如果要输出高电平，需要外接上拉电阻。
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3 l( G% ~& v8 R$ W0 R将两个 Open Drain 连在一起，只要有一方输出Low，这条OUTPUT就只能是Low了。I2C协议中，如果设备要占用总线，需要输出Low电平，就是这个原理。
; n) ~4 k8 a$ }2 V3 ~ s4 P这是 Open Drain 第三个特点：逻辑与，多个Open Drain的漏极接在一起，就相当于“逻辑与”的功能。4 O3 B' W) `7 m
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Open Drain 除了用在I2C上，它还有一个重要的应用：电平转换（Level Shift）。
9 C: C4 `# j% c: `在N355上用 Open Drain 结构搭建了一个I2C上3.3V与1.8V的电平转换，如下图：7 R; x1 Q$ i0 @9 R" d
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这个电路很有意思，1个IO电是1.8V的CPU与IO电是3.3V的IC本身是不能接在一起的，但通过这个电路，它们不仅接在一起，还可以进行I2C通信！
( N5 g" o( M j- E2 ?当理解了这个电路如何进行I2C通信之后，也就理解了电平转换。这个电路在进行I2C通信的时候，有下面四种情况：
. [; j f0 D- \+ g9 ]- ^+ T7 FCPU发High电平（1.8V），Q6702/Q6703的Vgs=0（Vg=Vs=1.8V），两个MOS关断，IC端还是High电平；7 Y7 H8 N9 t. ]2 @+ }$ \5 a( v+ ]
CPU发Low 电平（0V），Q6702/Q6703的Vgs=1.8V，两个MOS打开，IC端的高电平被拉低；. S+ ~) N! h/ ~& }* c
IC端发High电平（3.3V），Q6702/Q6703的Vgs=0（Vg=Vs=1.8V），两个MOS关断，CPU还是High电平；
' a$ K5 B- U2 g4 P! p r! tIC端发Low 电平（0V），Vs=1.8V，Vd=0V，MOS管内的二极管导通（MOS管结构所致，S极和D极之间有个PN节，相当于二极管），CPU的高电平被拉低。
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发表于 2017-2-25 15:34
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