Salida Push-Pull y Salida de Drenaje Abierto
Por lo general, los pines de los microcontroladores tienen un circuito de accionamiento que puede configurarse con diferentes tipos de interfaces digitales y analógicas. Los modos de salida suelen ser Push-Pull y Drenaje Abierto.
Salida Push-Pull
La salida Push-Pull (Push-Pull Output) puede generar dos niveles de voltaje, uno es el nivel alto (push, corriente de tracción, voltaje alto de salida) y el otro es el nivel bajo (pull, corriente de drenaje, voltaje bajo de salida). La salida Push-Pull se puede implementar utilizando un par de interruptores, generalmente transistores o transistores de efecto de campo (FET), en el chip.
Como se muestra en la imagen, se ilustran las operaciones de push y pull:
- Push: cuando la señal de entrada es un nivel bajo, el P-MOS se activa y la corriente fluye desde VDD a través de él hacia el pin de salida. En este momento, el N-MOS está en corte.
- Pull: cuando la señal de entrada es un nivel alto, el N-MOS se activa y la corriente fluye desde el pin de salida a través de él hacia GND. En este momento, el P-MOS está en corte.
La operación Push-Pull no permite conectar varios dispositivos en una configuración de bus, solo se puede utilizar en interfaces de línea unidireccionales (como SPI, UART). Si dos estructuras de salida Push-Pull están conectadas juntas y una de ellas genera un nivel alto (es decir, el transistor superior está activado y el transistor inferior está cerrado), mientras que la otra genera un nivel bajo (es decir, el transistor superior está cerrado y el transistor inferior está activado), la corriente fluirá desde VCC del primer pin a través del transistor superior hacia el transistor inferior del segundo pin y luego hacia GND. La resistencia en todo el circuito es muy baja, lo que puede provocar un cortocircuito y dañar el puerto. Esta es la razón por la cual la salida Push-Pull no puede implementar una conexión de línea.
La salida Push-Pull tiene una mayor capacidad de accionamiento debido a su capacidad para generar niveles altos y bajos, lo que resulta en una mejor transición de flanco (pendiente más pronunciada) en las señales digitales, lo que significa un mejor rendimiento.
La salida Push-Pull también se puede configurar como modo de entrada, cerrando los transistores superiores e inferiores y dejando la línea en un estado de alta impedancia.
Salida de Drenaje Abierto
La salida de Drenaje Abierto (OD, Open Drain Output) se refiere a la apertura del drenaje del transistor MOS. También se le conoce históricamente como salida de Colector Abierto (OC, Open Collect Output).
La forma más básica de salida de Drenaje Abierto tiene solo dos estados: bajo y alta impedancia. Si se requiere un nivel alto de salida, se necesita una resistencia de pull-up externa.
La forma más básica de salida de Drenaje Abierto se implementa con un transistor N-MOS. Cuando la señal de entrada es un nivel alto, la salida se drena a tierra; pero cuando la señal de entrada es un nivel bajo, la salida está en un estado de alta impedancia flotante.
La característica principal de la salida de Drenaje Abierto es que no tiene capacidad de accionamiento en el nivel alto, por lo que se necesita una resistencia de pull-up externa para generar un nivel alto de salida.
La salida de Drenaje Abierto se utiliza comúnmente en interfaces de comunicación donde varios dispositivos están conectados en la misma línea (como I2C, One-Wire). La línea se mantiene en un nivel alto mediante una resistencia de pull-up, y cuando cualquier dispositivo genera una señal, la línea se baja a un nivel bajo.
La resistencia de pull-up utilizada para la salida de Drenaje Abierto debe equilibrar los siguientes parámetros:
- Pendiente del flanco: la línea en sí tiene capacitancia, y la resistencia de pull-up acoplada a ella forma un filtro paso bajo, y diferentes valores de resistencia afectarán la pendiente del flanco de subida/bajada. Cuanto menor sea la resistencia, más pronunciado será el flanco y mejor será la transmisión de la señal.
- Consumo de energía: si el valor de resistencia de pull-up es demasiado bajo, cuando la línea se suba, se generará un consumo de energía excesivo.
- Ruido: si el valor de resistencia de pull-up es demasiado alto, la resistencia de pull-up será más débil y será más fácil que el ruido externo sea recogido por la línea.
Comparación
| Salida Push-Pull | Salida de Drenaje Abierto | |
|---|---|---|
| Capacidad de accionamiento en nivel alto | Alta | Depende de la resistencia de pull-up externa |
| Capacidad de accionamiento en nivel bajo | Alta | Alta |
| Velocidad de transición de nivel | Rápida | Determinada por la resistencia de pull-up externa, cuanto menor sea, más rápida pero mayor consumo de energía |
| Conexión de línea | No compatible | Compatible |
| Conversión de nivel | No compatible | Compatible |
- La salida Push-Pull se utiliza generalmente en comunicación unidireccional de línea; la salida de Drenaje Abierto se utiliza comúnmente en comunicación bidireccional de línea.
- Debido a la resistencia de pull-up, la salida de Drenaje Abierto tiene un consumo de energía relativamente alto.
- En general, la transición de la salida Push-Pull es más rápida que la de la salida de Drenaje Abierto.
Referencias y Agradecimientos
- 开漏输出与推挽输出
- Salida de drenaje abierto vs. Salida push-pull
- ¿Qué es la salida push-pull y la salida de drenaje abierto de GPIO?
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