MCU內(nèi)部的I/O結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)能力

經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到MCU某I/O的驅(qū)動(dòng)能力是xxmA，那么到底什么是驅(qū)動(dòng)能力呢?如果某IO的驅(qū)動(dòng)能力是5mA，它就輸出不了超過(guò)5mA的電流了嗎?為什么IO的驅(qū)動(dòng)能力有差異呢?

要回答以上問(wèn)題，需要先了解MCU內(nèi)部的I/O結(jié)構(gòu)，

(本圖來(lái)源于STM32F103參考手冊(cè))

當(dāng)輸出高電平1時(shí)，I/O內(nèi)部VDD經(jīng)過(guò)PMOS流向I/O引腳，如下圖紅色箭頭所示，

這時(shí)驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(guò)P-MOS管的電流、VDS(源漏電壓)就會(huì)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(shí)的這個(gè)輸出電流，就表示驅(qū)動(dòng)能力。

當(dāng)輸出低電平0時(shí)，I/O引腳經(jīng)過(guò)N-MOS流向I/O內(nèi)部VSS，如下圖紅色箭頭所示

這時(shí)驅(qū)動(dòng)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(guò)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(dá)到邏輯0的最高電壓Vol

時(shí)，這時(shí)的電流就表示驅(qū)動(dòng)能力。

以上看明白后，文章開(kāi)頭的3個(gè)問(wèn)題也就有了答案，

1、I/O驅(qū)動(dòng)能力是指在同時(shí)滿(mǎn)足Voh(輸出引腳為邏輯1時(shí)的最小電壓值) 和 Vol(輸出引腳為邏輯0時(shí)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(cè)中可以查到。

2、如果某I/O的驅(qū)動(dòng)能力是5mA，并不是表示它輸出不了超過(guò)5mA的電流，只是當(dāng)輸出電流超過(guò)5mA之后，它的輸出電壓會(huì)下降，電壓會(huì)小于Voh。

3、I/O驅(qū)動(dòng)能力的差異來(lái)源于MOS管自身的特性，要想過(guò)電流能力大，MOS管體積就要大，芯片所需的面積就會(huì)更大，成本自然也會(huì)更高。所以通常MCU只是一部分I/O具有高驅(qū)動(dòng)能力，并不是每一個(gè)I/O都做成了高驅(qū)動(dòng)能力。

說(shuō)了這么多，其實(shí)可以用下面這個(gè)簡(jiǎn)單的電路來(lái)解釋?zhuān)?/p>

MCU的IO引腳上外接一個(gè)電阻到GND，只要這個(gè)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(shí)，電壓會(huì)明顯下降。

感興趣的可以實(shí)際測(cè)試下，不過(guò)要注意別把電流整太大燒壞IO哦。

審核編輯：湯梓紅

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