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本帖最后由 傻大个牌纯碱 于 2017-2-25 15:36 编辑
. N2 T0 G0 M. W, d1 R% i9 _% j4 Q: U5 Y! N- l- m
“鹏哥，I2C接口为什么总是要外接个上拉电阻？”
! y1 `" T* y: f5 S“它是Open Drain结构。”4 `- k* N6 y3 \8 I
“哦！牛逼！” r- j; i8 Y% {& M# J" ?9 m
, \; y: T) v7 v% @$ y! m, V' G5 w4 r$ G0 U
我操，谁能告诉我 Open Drain到底是什么鬼？
( C ]+ i" o8 ?3 |2 hOpen 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：
' P6 v5 z+ a7 l; T, @/ S! _! X
" |- m" B/ Q: ~+ @2 d( b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。! y2 m* W5 S' h
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；5 t4 f; _% D" X
当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT处于悬空状态。
! q7 s3 O- [8 f; f5 s0 j. z( z/ w所以Open Drain的第一个特点：此结构本身只可以输出低电平（Low）。% z; ^( V+ Z: U- b! e4 ]# n
1 v4 f7 ~0 N5 r1 ?2 w, G
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：
3 w( v: I& o9 Q
$ y+ ~, n% _4 ?
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；& H# i& [7 T8 [1 `% t8 t
当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT=1。
5 i1 ~4 C$ q/ KR2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：
, d1 f/ ]6 [. o; n+ B5 D
9 ?& r" Q0 ]5 r" c1 M6 u& [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：/ I7 g6 a! }2 u; h6 r
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。
. }9 l" r" q C; }7 e% @ {* G. g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5 V2 S% M8 p( |4 K% s' ?6 @
考虑再放大点；如果上升沿太平缓，那应该放小点了。8 _- j* N( @; D, U$ w0 }8 m" c* ?& U
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。
3 s; t2 W- M) O" ~- Q- T5 q3 N, z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。% g7 T: C G! B; A( \$ U
6 e% P( P$ F! r0 J: _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。: w+ Y9 }' W% b+ 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。
2 T, c/ Q! i$ b* ?8 @
# J6 R) R. e4 R$ q( u! ?Open Drain 除了用在I2C上，它还有一个重要的应用：电平转换（Level Shift）。
! t+ |2 o8 Y1 {" W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：5 u% x) A8 Q( j2 l0 _2 U
, R; V3 |' H' G1 Y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！% G& G7 @% |. o9 f/ O& a
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：
$ |8 O- _" y7 P/ l8 T1 lCPU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；
* N& z1 ]0 F) ^' Z/ c% ?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；2 T2 \' Z) a: I6 f
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；; o9 E& w2 b" b
IC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。6 ^. X" ?; z+ U$ O3 x
, P# W' A9 E& e7 v$ ?! z% ]
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发表于 2017-2-25 15:34
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