STM32系列芯片IO推挽输出/开漏输出结构

不管是硬件工程师或者嵌入式工程师，在工程实践中常常会遇到单片机IO的状态定位和影响。我们知道单片机IO有输入和输出两种模式。其中输入模式有模拟输入、上拉输入、下拉输入和浮空输入;输出有开漏输出和推挽输出。那我们今天就一起看一下什么是推挽输出。

推挽输出电路原理：

下图就是STM32系列芯片IO内部结构原理图。可以看到红框内就是推挽输出/开漏输出结构。

推挽输出，可以输出最高到VCC，最低到GND的电压，但没有中间值，因为芯片内部有上拉/下拉电阻，所以无需接外部的上拉或下拉电阻，是用途最广泛的模式。

当然推挽电路不光在单片机中。下图是两种用两个三极管做成的推挽电路。第一种是上N管下P管，第二种是上P管下N管。推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。

上N管下P管的推挽输出比较常用，输入输出信号同向。

上P下N管的推挽输出电路不太常用，主要原因是存在两管同时导通的风险，需要有比较精准的死区控制。并且两个管子的基极需要传两个电阻，也增加了成本和复杂度。

H桥电路：

上文中的三极管可以换为MOS管，双推挽电路就构成了H桥，用来驱动电机、继电器、IR-CUT等电路。下图是TI一款电机驱动芯片内部结构图。

可以看出芯片内部有两个MOS管构成的推挽电路。下图是在不同状态下电流方向的原理图。现在很多场景都使用了集成芯片方案而不是用MOS堆叠(大功率场景还是需要独立MOS来堆叠)。因为如果四个MOS控制失调，就存在同一侧上下管同时导通的风险，就会烧坏MOS管。所以在切换同一侧上下管导通时要留有时间，这个时间就叫做“Dead time”也就是死区时间。