最近看到一個(gè)關(guān)于上下拉電阻的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)不少人認(rèn)為上下拉電阻能夠增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。

隨后跟幾個(gè)朋友討論了一下，大家一致認(rèn)為不存在上下拉電阻增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力這回事，因?yàn)槌薕C輸出這類(lèi)特殊結(jié)構(gòu)外，上下拉電阻就是負(fù)載，只會(huì)減弱驅(qū)動(dòng)力。

但很多經(jīng)驗(yàn)肯定不是空穴來(lái)風(fēng)，秉承工程師的鉆研精神，我就試著找找這種說(shuō)法的來(lái)源，問(wèn)題本身很簡(jiǎn)單，思考的過(guò)程比較有趣~

二極管邏輯

今天已經(jīng)很難看到二極管邏輯電路了，其實(shí)用性也不算高，不過(guò)因?yàn)殡娐泛?jiǎn)單，非常適合用來(lái)理解基本概念。

一個(gè)最簡(jiǎn)單的二極管與門(mén)如下圖所示。與門(mén)實(shí)現(xiàn)邏輯與操作Y=A&B，即A或者B任意為L(zhǎng)的時(shí)候，輸出Y為L(zhǎng)，只有當(dāng)A和B都為H時(shí)，Y才為H。

基本二極管與門(mén)

假設(shè)二極管無(wú)導(dǎo)通壓降，在這個(gè)電路中，二極管充當(dāng)了單向開(kāi)關(guān)的角色，當(dāng)A和B等于VDD時(shí)，兩根二極管反向截至，Y被電阻上拉到VDD，這是Y就是H；當(dāng)A或者B任意一端為GND時(shí)，二極管導(dǎo)通，因?yàn)槎O管導(dǎo)通時(shí)電阻很小，遠(yuǎn)小于上拉電阻，所以Y被拉到了GND，即邏輯L。

至于二極管或門(mén)，只要把二極管轉(zhuǎn)一下，再把電阻從拉到VDD改成拉到GND就可以了，非常簡(jiǎn)單。

基本二極管或門(mén)

基本原理

你看，在這么原始的邏輯電路中就已經(jīng)出現(xiàn)了上下拉電阻，這里面的原理也非常簡(jiǎn)單粗暴：利用開(kāi)關(guān)的閉合（電阻為0）和開(kāi)啟（電阻無(wú)窮大）的特性，配合電阻，就可以輕松實(shí)現(xiàn)兩種電壓的輸出。

這種電路還有一個(gè)變形，就是用恒流源取代電阻，一方面集成電路工藝，恒流源比電阻更容易獲得，另一方面恒流源的驅(qū)動(dòng)能力也更好。

根據(jù)開(kāi)關(guān)和電阻（或恒流源）的相對(duì)位置，有以下基本電路：即開(kāi)關(guān)接到GND（L）或開(kāi)關(guān)接到VDD（H）。

這幾種電路都是由開(kāi)關(guān)的閉合或開(kāi)啟決定了VOUT是VDD還是GND。

開(kāi)關(guān)的相對(duì)位置不同，還決定了電路在某一狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)能力：開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻為0，可視為驅(qū)動(dòng)力無(wú)窮大，可是電阻（或恒流源）的驅(qū)動(dòng)能力呢，只有VDD/R（或者恒流I），這就導(dǎo)致了電路在輸出H或L的時(shí)候驅(qū)動(dòng)能力不對(duì)稱(chēng)（換一個(gè)說(shuō)法，就是電路在輸出H或者L的時(shí)候，輸出阻抗不一樣）。

除了驅(qū)動(dòng)能力的問(wèn)題，這種單開(kāi)關(guān)加電阻的模式還會(huì)帶來(lái)靜態(tài)功耗的問(wèn)題，因?yàn)橹灰_(kāi)關(guān)閉合，不管外部有沒(méi)有負(fù)載，都會(huì)消耗電流。

既然開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)力比電阻強(qiáng)，那么能不能把電阻也換成開(kāi)關(guān)？恭喜你，發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代CMOS邏輯電路的基本單元：倆互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)。這樣不管輸出H還是輸出L，驅(qū)動(dòng)能力都是無(wú)窮大！好的，這時(shí)候上下拉電阻就不見(jiàn)了。

這樣兩個(gè)開(kāi)關(guān)的電路還多出來(lái)了一種狀態(tài)：當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都開(kāi)啟時(shí)，VOUT即不是VDD也不是GND，而是一個(gè)懸空的狀態(tài)（即高阻態(tài)，Hi-Z），這時(shí)候外部給什么信號(hào)它就是什么狀態(tài)。這樣又出現(xiàn)了一個(gè)新的邏輯門(mén)大類(lèi)：三態(tài)邏輯門(mén)。