你真的了解I/O的驱动能力吗?

标签:射频RFI/O
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在学习射频技术的过程中,在工程师们进行射频电路设计时,经常会讨论到MCU某I/O的驱动能力是xxmA,那么到底什么是驱动能力呢?如果某IO的驱动能力是5mA,它就输出不了超过5mA的电流了吗?为什么IO的驱动能力有差异呢?解决这些问题对于设计出一个好的电路是有所帮助的,今天我们就带大家一起来了解一下I/O的驱动能力
 
首先需要先了解MCU内部的I/O结构。
 
I/O的驱动能力
(本图来源于STM32F103参考手册)
 
当输出高电平1时,I/O内部VDD经过PMOS流向I/O引脚,如下图红色箭头所示。
 
I/O的驱动能力
 
这时驱动能力是指,在输出电流小于等于最大输出电流的情况下,I/O引脚可以正常的输出逻辑1。
 
P-MOS管的源极(S)接VDD,当MCU输出1时,P-MOS管导通,电流从源极(S)流向漏极(D)。I/O引脚外接负载大小不同,流过P-MOS管的电流、VDS(源漏电压)就会不同。输出电流越大,VDS越大,I/O电压就越小。当电压低到Voh时的这个输出电流,就表示驱动能力。
 
当输出低电平0时,I/O引脚经过N-MOS流向I/O内部VSS,如下图红色箭头所示。
 
I/O的驱动能力
 
这时驱动能力是指,在小于等于最大输入电流的情况下,I/O引脚可以正常的输出逻辑0。道理同上,流过N-MOS电流越大,N-MOS产生压降越大,I/O口电压越大。当电压达到逻辑0的最高电压Vol时,这时的电流就表示驱动能力。
 
以上看明白后,刚开始提出的几个疑问自然也就迎刃而解:
 
(1)、I/O驱动能力是指在同时满足Voh(输出引脚为逻辑1时的最小电压值) 和 Vol(输出引脚为逻辑0时的最大电压值)前提下,最大可以输出和吸收的电流大小。Voh和Vol的值在芯片数据手册中可以查到。
 
(2)、如果某I/O的驱动能力是5mA,并不是表示它输出不了超过5mA的电流,只是当输出电流超过5mA之后,它的输出电压会下降,电压会小于Voh。
 
(3)、I/O驱动能力的差异来源于MOS管自身的特性,要想过电流能力大,MOS管体积就要大,芯片所需的面积就会更大,成本自然也会更高。所以通常MCU只是一部分I/O具有高驱动能力,并不是每一个I/O都做成了高驱动能力。
说了这么多,其实可以用下面这个简单的电路来解释。
 
I/O的驱动能力
 
MCU的IO引脚上外接一个电阻到GND,只要这个电阻不是太小,那么IO引脚的电压是基本不变的,只是微小的下降。电阻很小、电流较大时,电压会明显下降。
 
感兴趣的可以实际测试下,不过要注意别把电流整太大烧坏IO哦。
 
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