什么是I/O的驅(qū)動能力
發(fā)布日期:2022-10-26
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經(jīng)常會聽到MCU某I/O的驅(qū)動能力是xxmA，那么到底什么是驅(qū)動能力呢？如果某IO的驅(qū)動能力是5mA，它就輸出不了超過5mA的電流了嗎？為什么IO的驅(qū)動能力有差異呢？
要回答以上問題，需要先了解MCU內(nèi)部的I/O結(jié)構(gòu)，
本圖來源于STM32F103參考手冊）
當(dāng)輸出高電平1時，I/O內(nèi)部VDD經(jīng)過PMOS流向I/O引腳，如下圖紅色箭頭所示，
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這時驅(qū)動能力是指，在輸出電流小于等于最大輸出電流的情況下，I/O引腳可以正常的輸出邏輯1。
P-MOS管的源極(S)接VDD，當(dāng)MCU輸出1時，P-MOS管導(dǎo)通，電流從源極(S)流向漏極(D)。I/O引腳外接負(fù)載大小不同，流過P-MOS管的電流、VDS(源漏電壓)就會不同。輸出電流越大，VDS越大，I/O電壓就越小。當(dāng)電壓低到Voh時的這個輸出電流，就表示驅(qū)動能力。
當(dāng)輸出低電平0時，I/O引腳經(jīng)過N-MOS流向I/O內(nèi)部VSS，如下圖紅色箭頭所示
這時驅(qū)動能力是指，在小于等于最大輸入電流的情況下，I/O引腳可以正常的輸出邏輯0。道理同上，流過N-MOS電流越大，N-MOS產(chǎn)生壓降越大，I/O口電壓越大。當(dāng)電壓達到邏輯0的最高電壓Vol時，這時的電流就表示驅(qū)動能力。
以上看明白后，文章開頭的3個問題也就有了答案，
1）I/O驅(qū)動能力是指在同時滿足Voh(輸出引腳為邏輯1時的最小電壓值) 和 Vol(輸出引腳為邏輯0時的最大電壓值）前提下，最大可以輸出和吸收的電流大小。Voh和Vol的值在芯片數(shù)據(jù)手冊中可以查到。
2）如果某I/O的驅(qū)動能力是5mA，并不是表示它輸出不了超過5mA的電流，只是當(dāng)輸出電流超過5mA之后，它的輸出電壓會下降，電壓會小于Voh。
3）I/O驅(qū)動能力的差異來源于MOS管自身的特性，要想過電流能力大，MOS管體積就要大，芯片所需的面積就會更大，成本自然也會更高。所以通常MCU只是一部分I/O具有高驅(qū)動能力，并不是每一個I/O都做成了高驅(qū)動能力。
說了這么多，其實可以用下面這個簡單的電路來解釋，
MCU的IO引腳上外接一個電阻到GND，只要這個電阻不是太小，那么IO引腳的電壓是基本不變的，只是微小的下降。電阻很小、電流較大時，電壓會明顯下降。
感興趣的可以實際測試下，不過要注意別把電流整太大燒壞IO哦。
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