为什么用open drain “开漏输出的原理与优点”

1、Open Drain的基本概念

Open Drain是指输出信号端的晶体管处于截止状态时，晶体管的漏极与输出信号端处于低电平的电气连接。在输出信号为高电平时，输出端为高阻（High-Z）状态，不会对其他信号产生影响。

Open Drain是一种常见的输出信号类型，它存在于很多的数字电路和模拟电路中，例如I2C总线等。 Open Drain的特点是它只能够输出低电平，如果需要输出高电平，需要通过一个上拉电阻。

2、Open Drain优劣分析

Open Drain信号具有以下优点：

1）较低的功耗：Open Drain的输出仅在信号为低电平时会消耗一些电流，而在信号为高电平时几乎不消耗电流，从而能够降低整个系统的功耗；

2）更好的电平适应性：Open Drain的输出信号可以通过上拉电阻来适应不同的输入电平，便于系统的整合；

3）可靠性高：采用Open Drain输出信号，相较其它输出合在电平上的信号方式，只要采用正确大小的上拉电阻，便能显著降低因输出短路而造成负载或发射器损坏的风险；

4）实现单总线多从机传输：Open Drain输出信号特别适合实现多个器件共享单个总线的通讯。

Open Drain信号也存在一些缺点：

1）只能输出低电平：Open Drain的输出仅能输出低电平，如果需要输出高电平信号将会增加上拉电阻的成本，并且会对信号带宽带来一些限制；

2）需要持续的上拉电阻控制：在正确得到需要的输出前，上拉电阻需要始终保持一定的值，例如在使用I2C总线时，若SCL或SDA线上电阻设置不当或发生点焊等情况，会造成通信失效。

3、Open Drain的应用

Open Drain信号可以应用在以下方面：

1）制作电平转换电路：Open Drain可以应用在电平转换电路上，将一个高电平信号转换成低电平信号，便于低电平芯片的采集和控制。

2）作为开关：Open Drain可以应用在开关电路上，用于开启或关闭某一个功能模块。

3）I2C通信协议：Open Drain的输出信号可以应用在I2C总线通信中，用于从机对主机的响应。

4）模拟开关：Open Drain的输出信号可以应用在模拟开关电路上，用于模拟信号的放大、开关控制等。

4、Open Drain的电路实现

Open Drain的电路实现方式需要在输出端接上一个N-MOS晶体管，将其漏极与输出信号端相连，这样就可以实现输出低电平时的电流输出。为了使输出信号能够输出高电平，需要在输出信号与地之间加入一个上拉电阻， 通过上拉电阻控制输出信号的电平。