我们先给出OC门、OD门的定义,然后从原理出发,介绍OC门、OD门的作用。
1 什么是OC门、OD门
OC门(Open Collector Gate):集电极开路门,如图1所示,当N1导通时,输出低电平;当N1截止时,输出高阻态(电路的一种输出状态,既不是高电平也不是低电平,电路分析时可以理解为开路)。
OD门(Open Drain Gate):漏极开路门,如图2所示,与OC门类似,当N1导通时,输出低电平;当N1截止时,输出高阻态。
图1 OC门
图2 OD门
OC门与OD门在实现的功能上是相同的,区别在于OC门是对于三极管而言,OD门是对于MOS管而言,下面我们就以OC门为例进行介绍。
2 OC门的作用
(1)电平转换
我们上面说过,当N1导通时,输出低电平;当N1截止时,输出高阻态。但是如果在外部接一个上拉电阻接到VCC上,当N1截止时,输出的电压就是VCC(三极管理解为开路)。利用这个特性,我们就可以通过改变上拉电阻接的电压来改变输出的电平,实现电平转换。例如,芯片供电电压为3.3V,VCC电压为10V,我们就可以实现3.3V到10V的电平转换。
图3 OC门实现电平转换
(2)实现线与
线与:如果有两个门电路,输出端口直接相连,可以实现“与”的逻辑(有一个门电路输出为低电平时,结果就为低电平;两个门电路输出均为高电平时,结果为高电平),那就是线与。
用普通的TTL器件输出引脚直接相连能不能实现线与呢?
图4为普通的推挽式TTL输出端口的结构示意图,我们直接把两个TTL器件的输出端口连接起来会如何呢?
图4 推挽式TTL输出端口结构示意图
图5为将两个TTL器件输出直接连接起来的示意图,当驱动门1输出为高、驱动门2输出为低时,N1、N4导通,N2、N3截止,电流流向如图中红色线所示,当N1导通时,N1处于深度饱和状态,电流比较大,容易将N1 N3烧坏。同理,当驱动门1输出低,驱动门2输出高时,电流如图中绿色线所示,容易将N2 N4烧坏,所以用两个TTL器件输出直接连接起来难以实现线与的功能。
图5 两个TTL器件输出直接连接起来示意图
如果用OC门呢?我们将两个OC门输出直接连接起来,同时,为了避免出现高阻态,我们在外部接一个上拉电阻,如图6所示。
图6 OC门实现线与结构示意图
我们再来分析这个电路,当N1导通,N2截止时,相当于直接把OUT拉倒地,输出低电平;同理,N1截止,N2导通时也输出低电平;N1 N2均导通时输出低电平,N1 N2均截止时输出高电平。这样,就实现了线与的逻辑。
(3) 增大驱动能力
当开漏门的输出处于低电平状态(逻辑0),输出晶体管处于导通状态,允许电流从输出引脚流过到地(或接地电位)。这样,输出引脚被有效地拉低到接地电位,形成了逻辑0信号。