IIC的开漏输出

IIC为什么选择开漏输出。

为什么推挽输出在I2C总线上会导致短路？

1. 推挽输出的电路特性

推挽输出由一对互补的MOS管（PMOS和NMOS）组成：

• PMOS：连接电源（VCC），负责拉高电平。
• NMOS：连接地（GND），负责拉低电平。
• 工作方式：
  • 输出高电平时，PMOS导通，NMOS关闭 → 引脚直接连接到VCC。
  • 输出低电平时，NMOS导通，PMOS关闭 → 引脚直接连接到GND。

---

2. I2C总线的多主设备场景

I2C总线允许多个主设备（如两个MCU）共享同一组信号线（SDA和SCL）。
理想情况：所有设备应通过“线与”逻辑协调总线访问。
关键规则：任何设备都可以拉低总线，但只有通过仲裁的设备才能控制总线。

---

3. 推挽输出的致命问题

假设两个主设备（MCU1和MCU2）使用推挽输出连接到I2C总线：

• 场景：

  • MCU1尝试发送高电平（PMOS导通，引脚连接VCC）。
  • MCU2尝试发送低电平（NMOS导通，引脚连接GND）。

• 结果：

  • MCU1的PMOS和MCU2的NMOS同时导通。
  • 形成VCC → PMOS（MCU1）→ NMOS（MCU2）→ GND的低阻抗路径。
  • 产生大电流（短路电流），可能烧毁MOS管或损坏设备。

---

4. 对比开漏输出的安全性

开漏输出仅包含一个NMOS管：

• 输出低电平：NMOS导通，引脚接地。
• 输出高电平：NMOS关闭，引脚通过外部上拉电阻（如4.7kΩ）拉高。

多主设备场景：

• 所有设备默认输出高电平（NMOS关闭，总线由上拉电阻拉高）。
• 任一设备拉低总线时，其他设备即使输出高电平，也不会导通PMOS，因此不会形成短路。

---

5. 关键结论

• 推挽输出的风险：
  多个设备同时驱动总线时，可能形成VCC到GND的直接通路，导致短路电流（仅受MOS管导通电阻限制，电流可达安培级）。

• 开漏输出的优势：
  所有设备只能拉低总线，高电平由外部上拉电阻提供，从根本上避免了短路风险。

---

6. 实际案例

错误设计：
某工程师将I2C总线的SDA线配置为推挽输出，两个MCU同时尝试控制总线。
结果：
MCU的IO引脚烧毁，总线电压异常，通信失败。

正确设计：
使用开漏输出+上拉电阻，多个设备可安全共享总线。

---

7. 总结

• I2C必须使用开漏输出：避免多设备竞争时的短路风险。
• 推挽输出仅适用于独占式信号（如SPI、UART），不能用于共享总线。

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2025/02/26/外设/IIC的开漏输出/
版权声明： 本作品采用 CC BY-NC-SA 4.0 进行许可。转载请注明出处！

赏

谢谢大佬打赏！

支付宝

微信