GPIO开漏输出和推挽输出有什么区别
摘要：推挽输出和开漏输出是两种常见的数字输出模式。推挽输出由互补MOSFET组成，具有高速切换和强驱动能力，适用于SPI、PWM等应用，但不能并联使用。开漏输出仅包含下拉MOSFET，需外接上拉电阻，支持电平转换和多机"线与"连接，适用于I2C总线等场景。推挽输出在高低电平切换时功耗低，而开漏输出在高电平时存在上拉电阻功耗。两种模式各有特点：推挽适合高速驱动应用，开漏则更适合需要电平兼容和多机通信的场合。
目录
一. 推挽输出 (Push-Pull)
（1）工作原理：
（2）优点：
（3）缺点：
（4）输出电压：
二. 开漏输出 (Open-Drain)
三、开漏和推挽对比图
四、开漏和推挽输出分别应用场景
1. 推挽输出 (Push-Pull) 的典型应用
2. 开漏输出 (Open-Drain) 的典型应用
一. 推挽输出 (Push-Pull)
它的输出级由两个互补的晶体管（通常是 MOSFET）组成，一个连接到电源（VCC），一个连接到地（GND）。
（1）工作原理：
当输出高电平时，上面的管子导通，把电压“推”向高位；当输出低电平时，下面的管子导通，把电流“拉”向地。
（2）优点：
a.速度快： 电平切换迅速。
b.驱动能力强： 可以直接驱动 LED 等负载。
（3）缺点：
不可并联。 如果两个推挽输出接在一起，一个输出高，一个输出低，会造成电源短路（烧毁芯片）。
（4）输出电压：
只有3V3，没办法输出5V
如果 I2C 使用推挽输出，不仅会导致通信失败，还极有可能物理损坏MCU（烧毁引脚）。
假设主设备想要发送“高电平（1）”，其内部的上管导通，将 SDA 拉向 VCC；与此同时，从设备想要应答“低电平（0）”，其内部的下管导通，将 SDA 拉向 GND。
后果： 此时 VCC 和 GND 通过两个 MOSFET 直接连通。由于 MOSFET 的导通电阻极小，电路中会产生巨大的电流。
二. 开漏输出 (Open-Drain)
在这种模式下，内部晶体管只负责“接地”。
-
工作原理： 内部只有一个连接到 GND 的管子。当输出“低”时，管子闭合，输出接地；当输出“高”时，管子断开，输出端处于高阻态（悬空）。
-
核心要求： 必须外接一个上拉电阻连接到电源，才能输出高电平。
-
优点： 电平转换： 可以通过调节上拉电阻的电压，实现 3.3V 芯片驱动 5V 设备。
线与（Wired-AND）： 多个开漏引脚可以接在一起。只要有一个引脚输出低，整个线路就是低。这在 I2C 总线中非常关键。 -
缺点： * 上升沿慢： 依靠电阻充电，电平由低变高的速度比推挽慢。
-
输出电压：可以输出3V3和5V
开漏输出没法靠自己（推电流）点亮 LED，但它却是最适合“吸电流”点亮 LED 的模式。
-
推挽模式下： 引脚输出高电平时，内部 MOSFET 把电流“推”给 LED，LED 亮。
-
开漏模式下： 引脚输出高电平时，内部是**断开（高阻态）**的，没有任何电流流出
原理图
三、开漏和推挽对比图
| 特性 | 推挽输出 (Push-Pull) | 开漏输出 (Open-Drain) |
| 高电平驱动 | 内部 MOSFET 直接驱动 | 依靠外部上拉电阻 |
| 输出速度 | 快 | 较慢（受限于上拉电阻） |
| 功耗 | 低电平切换时功耗低 | 高电平时在上拉电阻上有功耗 |
| 多机连接 | 不允许（会短路） | 允许（线与逻辑） |
| 典型应用 | SPI 总线、PWM、通用 LED 驱动 | I2C 总线、电平转换、多机通信 |
四、开漏和推挽输出分别应用场景
1. 推挽输出 (Push-Pull) 的典型应用
推挽输出的主要特点是速度快、波形方正、驱动能力强。
-
高速数据总线（SPI, UART）： SPI 通信频率通常很高（可达几十 MHz）。推挽输出能让电平在极短时间内完成 0 到 1 的跳变，保证了信号的边缘非常锐利。
-
PWM 驱动（电机、亮度调节）： 在控制电机或 LED 调光时，需要高频切换。推挽输出能够快速充放电，减少在开关切换瞬间的功耗（因为切换过程越慢，发热越多）。
-
推喇叭/蜂鸣器： 直接驱动音频元件需要电流在正负方向上都有较好的表现，推挽输出结构天然适合这种推拉动作。
2. 开漏输出 (Open-Drain) 的典型应用
开漏输出的核心优势在于“电平兼容”和“多机共连”**。
-
多机通信与仲裁（I2C, SMBus）：利用“线与”特性，多个设备挂在同一根线上。如果两个设备同时说话，谁输出“0”谁就占主导，系统不会损坏。
-
电平转换（Level Shifting）： 当你有一个 3.3V 的 MCU，但需要向 5V 的传感器发送信号时，使用开漏输出，外接一个上拉到 5V 的电阻。这样高电平就是 5V，低电平是 0V，完美兼容。
-
热插拔与中断请求（IRQ）： 许多外设的中断引脚（Interrupt Pin）是开漏的。多个外设的中断线可以全部连在一起，通过一个上拉电阻接到 MCU。只要有一个外设发出中断（拉低总线），MCU 就能感知到。
-
电池管理与复位电路（Reset）： 许多芯片的复位引脚（RESET）是开漏的，这样多个复位源（按键、看门狗、上电检测）都能独立地拉低复位线，而互不干扰。
本文地址：https://www.yitenyun.com/5764.html
