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本帖最后由 傻大个牌纯碱 于 2017-2-25 15:36 编辑 & A; `% I" l. b* j) e3 @
- K: `9 }7 S o, ^# Q“鹏哥，I2C接口为什么总是要外接个上拉电阻？”
- Q5 s' w4 U1 N“它是Open Drain结构。”
/ o/ O2 p2 e2 G, _8 l _9 r3 P. u“哦！牛逼！”. n; ^! ]" U3 [
7 E% @: c- c( V" B3 u& l. S
$ Z8 u8 V5 R6 @% P) \1 x: b我操，谁能告诉我 Open Drain到底是什么鬼？
% {! c8 f: T$ u% f6 W5 GOpen 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：
) \# {" D) O- n9 R! w
& @, E6 x/ k& `; Q3 U; u- u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。6 ?) _/ R0 v. s* T7 z1 ~. `/ e
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；$ E/ s( t0 b8 X1 Y
当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT处于悬空状态。; n# u# p4 E4 u3 f6 O% G& ~7 \2 T! k/ ^
所以Open Drain的第一个特点：此结构本身只可以输出低电平（Low）。
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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：" h" G4 [1 B9 f1 V, t& v6 X# e
# L+ ^# g9 I1 F- f当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；3 }& @; m0 `6 R; _9 T8 a% y8 l) ?
当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT=1。: d3 ^# c9 E% y
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：0 ]1 b+ x1 |( W( i& h
' c& |4 y, s/ D4 ^ f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：- t! d. }9 [6 g$ _! G
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。
% u) r$ F$ @& Y9 Q% K% [3 T$ v5 m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/ A% y, }/ _5 B8 l# U' I; H
考虑再放大点；如果上升沿太平缓，那应该放小点了。) O, K" Y% _* K8 [" C, Y, I5 [# j$ J
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。
% m- y1 D$ ?, c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 u% O1 @) S3 D, ^
4 d- e- R: [( b1 [$ `# ?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。$ l9 p$ a* i3 q8 i- B
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。
- b5 V5 S+ g1 {2 o3 S8 l( L. v. ?3 M+ s+ ?+ T: D1 C2 d
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 b$ d$ `+ ] t$ x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：
9 C: v. P/ j; j! {( i6 f
8 M& M) C4 z' g/ `! D, u* ?) Z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！% p! r/ T! P- V2 w) g/ I
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：
6 B9 m' F& o# v4 ]% l" t( ]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；
7 y# E% D$ n4 y9 z/ A& YCPU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；
7 A0 \( `6 ?/ w: J" |- {4 mIC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；
; _5 Z. U! o/ p, EIC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。! [3 o$ _( k" _$ D3 ^
. P9 I) C, R$ s: B1 @8 _, I! @7 S" C7 U2 M: G5 T
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发表于 2017-2-25 15:34
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