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本帖最后由 傻大个牌纯碱 于 2017-2-25 15:36 编辑
6 d* Z: z5 B, V, Q* ^2 ^) x9 H/ U
$ P, W, F' q0 }8 }* T R% [& a+ o“鹏哥，I2C接口为什么总是要外接个上拉电阻？”
! E0 U% W$ f1 f% g- j2 b“它是Open Drain结构。”" N1 H; G& K4 i* u' k
“哦！牛逼！”
0 _% _3 E' u2 C3 B1 F! h/ n+ G
1 R( n0 Q0 r1 f, o
! Y7 x2 O% j; G$ T我操，谁能告诉我 Open Drain到底是什么鬼？! s0 m4 d' x; a( L c8 M. S( e5 ^
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：8 `# q6 C4 d7 t% ^: L" B
. w: I; Z2 ? D* t+ `* v1 V
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。9 R. A9 }. m. ^7 ^9 A. l
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；
0 k7 |) a4 P2 v3 N当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT处于悬空状态。
* Q0 h2 P& a1 P$ w/ f所以Open Drain的第一个特点：此结构本身只可以输出低电平（Low）。
$ Q: H; H k3 C7 R$ S
# C& ^! q: U2 I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：
% O$ y2 [. a ^5 Z+ R. F
7 x$ o' q" k$ @' E4 V9 B, Y& u2 q( O当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；( s0 \6 V$ Z# f" M5 D
当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT=1。2 c1 H( r; g, }4 \: Z
R2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：% o- t* M3 r5 {6 m4 `# e8 G
5 _3 ~; W' f* m4 Q3 ], P6 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：5 T% W8 [0 \! e5 u0 Z3 T
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。, t0 Z, k+ I0 L% T0 i0 K _6 p7 U
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! e9 P& N$ t$ g% ^! i) I
考虑再放大点；如果上升沿太平缓，那应该放小点了。# ~6 K) \% }" P$ N
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。
$ y6 q; J3 i- Z7 S, 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。
5 A' P# \, ~: [6 G
* N. B# o& W2 W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。! z. v* U# q- D1 P" H
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。
: I5 M q# i) z$ ? ^& T! b0 w( ], U, p9 P( R& M
Open Drain 除了用在I2C上，它还有一个重要的应用：电平转换（Level Shift）。: @* \. @6 H$ x# U8 d4 F4 K
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：
1 h6 a# G3 a: x% w" \
1 G0 w/ p7 z! _1 t8 {& l" Z, `# ~3 Q0 f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！
0 G$ f/ a/ ]3 Z* n/ N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：
3 @. m( |* H+ B0 W( s, \CPU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；
# N8 _) S4 F% A6 bCPU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；9 J( p- H, `3 U/ N8 ]0 F$ k
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；
, F/ n! H9 X! ~8 ^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。) z: E1 b% c. O& h% h, _
3 a Y* }: K: M+ `
; c0 ^8 F$ s; k1 w8 h, E
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发表于 2017-2-25 15:34
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