开漏输出和推挽输出

开漏输出（Open-Drain） 和 推挽输出（Push-pull） 是两种常见的数字信号输出模式，它们用于控制电流流动的方式，不仅应用于 GPIO 引脚，也广泛应用于其他电子电路中，比如总线通信、驱动电路等。

1. 推挽输出（Push-pull Output）

推挽输出，简单的说，就是想输出高电平，就输出高电平，想输出低电平就输出低电平。
推挽输出 是最常见的输出方式，其原理是通过两个晶体管（一个是 NPN，一个是 PNP）来控制信号的输出。其工作原理是：

• 高电平：当需要输出高电平时，PNP 晶体管导通，NPN 晶体管截止，输出端与 Vcc（高电平）连接。
• 低电平：当需要输出低电平时，NPN 晶体管导通，PNP 晶体管截止，输出端与地（GND，低电平）连接。
  

工作原理图

          Vcc
           |
          [PNP]
           |----- Output
           |
          [NPN]
           |
          GND

• 输出高电平时：PNP 晶体管导通，NPN 晶体管截止，电流从 Vcc 通过 PNP 晶体管流到输出端。
• 输出低电平时：NPN 晶体管导通，PNP 晶体管截止，电流从输出端流到地。

特点：

• 输出高电平时：通过 PNP 晶体管将输出引脚拉到 Vcc 电压。
• 输出低电平时：通过 NPN 晶体管将输出引脚拉到地（0V）。
• 优点：推挽输出具有更强的驱动能力，可以提供较大的电流，因此适用于驱动负载如 LED、继电器、较大的电流设备等。

应用：

推挽输出通常用于需要驱动外部负载的场合，如控制 LED、马达、继电器等。

2. 开漏输出（Open-Drain Output）

开漏输出是没有能力输出高电平驱动负载的，我们可以看看开漏输出的电路就知道了。

如上图，开漏输出就是输出端的C集是开路的，没有接恒流源，如果直接接负载，完全就没有驱动能力。

所以，开漏输出接负载的电路我们会这样设计

开漏输出 是指输出端仅通过一个晶体管（通常是 NPN 晶体管）连接到地。当需要输出高电平时，输出引脚处于 开路状态，并不连接到电源，只能通过外部上拉电阻来实现高电平。只有当需要输出低电平时，NPN 晶体管导通，输出端接地。

工作原理图

          Vcc
           |
           R   (上拉电阻)
           |
           |---- Output
           |
          [NPN]
           |
          GND

• 输出低电平时：NPN 晶体管导通，输出端直接连接到地（GND）。
• 输出高电平时：NPN 晶体管截止，输出端通过上拉电阻连接到 Vcc。

特点：

• 输出高电平时：输出端处于开路状态，电压由外部上拉电阻决定。没有驱动能力，必须通过外部电路来实现。
• 输出低电平时：通过晶体管导通将输出端拉低。
• 优点：开漏输出可以与多个设备共享一个总线，这对于总线通信非常有用，例如 I2C、1-Wire 协议中。
• 缺点：不能直接驱动高电平，必须依赖上拉电阻。

应用：

开漏输出广泛应用于以下场景：

• I2C 总线：I2C 是一种常见的开漏总线，所有的设备共享两条线路（SDA 和 SCL），每个设备都可以通过拉低总线来发送信号。
• 1-Wire 总线：1-Wire 是另一种开漏总线协议，只有一个引脚用于数据传输和电源供电，外部的上拉电阻用于将数据线拉高。
• 逻辑电平转换：在不同电压水平的电路中，开漏输出和上拉电阻可以帮助不同电平的设备进行通信。

比较：推挽输出与开漏输出

特性	推挽输出（Push-pull）	开漏输出（Open-drain）
工作原理	两个晶体管（NPN 和 PNP）用于拉高和拉低电平	只有一个 NPN 晶体管拉低电平，需外部上拉电阻
输出高电平时	输出端连接到 Vcc	输出端开路，通过上拉电阻拉高电平
输出低电平时	输出端连接到 GND	输出端连接到 GND
驱动能力	可以提供较大的电流	只能提供较小的电流，仅能拉低电平
应用场景	驱动负载（如 LED、继电器等）	总线通信（如 I2C、1-Wire）、逻辑电平转换等

总结

• 推挽输出：有两个晶体管控制电流，可以同时输出高电平和低电平，适用于需要驱动较大负载的场合。
• 开漏输出：仅使用一个晶体管，输出高电平时通过上拉电阻实现，适用于总线通信、多个设备共享一个信号线的场合。

参考：https://blog.csdn.net/weiqifa0/article/details/115191377