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本帖最后由 傻大个牌纯碱 于 2017-2-25 15:36 编辑 " h' f' `- o1 k( l
' s4 j0 b a" W* `2 g5 j“鹏哥，I2C接口为什么总是要外接个上拉电阻？” l ]) c; B/ z
“它是Open Drain结构。”2 j- }! O# a# [7 a
“哦！牛逼！”+ Q9 J/ T* B, Y
! M7 o0 J2 D: K( s; t1 S. n* f/ A1 D, e% [
我操，谁能告诉我 Open Drain到底是什么鬼？0 c8 Y% ^- S6 |8 V$ Y
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：
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; H# ?8 \9 Q8 U& E- 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。4 ]4 }, @" W, g6 [8 e. e/ Z
当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；
+ G. s4 ]; D! {. H4 [4 A7 E% o: f6 i当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT处于悬空状态。
9 y- r+ y8 ~2 T所以Open Drain的第一个特点：此结构本身只可以输出低电平（Low）。) K9 z! d4 \) [: ?; r2 E
8 b7 L0 S! D' V& K3 O; W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: H' K4 `6 _
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当CONTROL=Low 时，Q1断开，Q2导通，OUTPUT= 0；
9 S6 k8 C8 o! \" a% p1 H当CONTROL=High时，Q1导通，Q2断开，OUTPUT=1。
r4 i; o' g% SR2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：
) ^9 f7 w/ f8 y7 n( h1 U' Z7 t
( ^9 a. S7 W7 g s$ A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：
0 K# Q! S& K# N& ~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。 O/ u% h& B6 a: H
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
+ o/ F) z! S# S% l' M0 B7 c1 S( ~考虑再放大点；如果上升沿太平缓，那应该放小点了。: ~6 l+ F2 `' S* F5 d/ e
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 k# ?' x* v# G8 j; u# P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。! [1 t% ]- A1 q$ ^$ R- ]+ i9 K
( F" t+ l3 o3 q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。
( r' j( L' e# K1 m/ L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。' s* a" R: y0 b7 e' V& j; z' ]
/ M6 W9 [2 W/ b2 j! X) t& sOpen Drain 除了用在I2C上，它还有一个重要的应用：电平转换（Level Shift）。/ g$ k# J( P# H- F
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：
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, d& }4 C. F6 S3 X, N
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！
' t5 K+ p2 A$ H: U) I1 P9 F5 |) \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：* g# Q, M: [# i7 o% D
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；
$ y1 B# s- U: r4 XCPU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；
+ p& N: L& z3 B# b# |! }6 CIC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；
# ?3 L. G/ L1 ` P7 ?: 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。
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发表于 2017-2-25 15:34
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