Ao projetarmos o circuito periférico da interface I2C, geralmente utilizamos o diagrama de topologia com resistor pull-up mostrado na Figura 1, e sua estrutura interna é a saída de dreno aberto mostrada na Figura 2.
O nível de saída de dreno aberto é controlado por um resistor pull-up externo e lógica interna, permitindo que o barramento seja levado ao nível baixo e liberado. O circuito de dreno aberto do barramento consiste em um transistor NMOS, que é ligado e desligado por um sinal de controle. Quando o sinal de controle liga o transistor NMOS, a saída fica em nível baixo. Quando o sinal de controle desliga o transistor NMOS, a saída fica em nível flutuante, exigindo um resistor pull-up externo para gerar um nível alto.
Essa estrutura permite que o gate de dreno aberto controle o nível do barramento de forma flexível, evitando o acionamento direto do barramento, garantindo assim uma conexão e comunicação seguras entre múltiplos dispositivos. As vantagens de usar essa saída de dreno aberto são óbvias e se refletem nos seguintes aspectos:
1. Prevenção de curto-circuito
Se a configuração push-pull for usada em vez da configuração open-drain, e vários dispositivos estiverem conectados ao mesmo barramento, e uma entrada/saída (IO) em um dispositivo emitir um nível alto enquanto uma entrada/saída (IO) em outro dispositivo emitir um nível baixo, as conexões VCC e GND dessas duas entradas/saídas entrarão em curto-circuito, causando danos ao circuito. No entanto, a configuração open-drain elimina esse problema. Independentemente do número de dispositivos conectados ao barramento, não há risco de curto-circuito.
2. Aumentar a capacidade de acionamento e reduzir o consumo de energia.
Conectar um resistor pull-up ao pino de saída do dreno permite a mudança de nível e proporciona maior capacidade de acionamento. Isso aproveita a capacidade de acionamento do circuito externo para reduzir o acionamento interno do CI. Quando o MOSFET interno do CI está ligado, a corrente de acionamento flui do VCC externo através do resistor pull-up, do MOSFET e, em seguida, para o GND. Apenas uma pequena corrente de acionamento de gate é necessária dentro do CI.
3. Use "AND com fio" para determinar o status ativo do barramento.
Vários pinos de saída de dreno aberto podem ser conectados a uma única linha para formar uma relação lógica "E", conhecida como função "E com fio". Quando qualquer um desses pinos vai para o nível baixo, o nível lógico na linha de dreno aberto torna-se 0. Esse também é o princípio usado pelo barramento I2C para determinar o status de atividade do barramento.
4. Facilitar a mudança do nível de produção
O nível de transmissão pode ser alterado variando a tensão de alimentação pull-up, enquanto o nível alto de saída é determinado por VDD.
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