I2C Architecture

I2C 采用的 GPIO 一般為開漏模式，支持線與功能，但是開漏模式無法輸出高電平，所以需要外部上拉。Vdd 可以采用 5V、3.3V、1.8V等，電源電壓不同，上拉電阻阻值也不同。

一般總線上認為，低于0.3Vdd為低電平，高于0.7Vdd為高電平。

推挽結構和開漏結構

推挽結構：使用兩個三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中。電路工作時，兩只對稱的開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高。既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度。

圖中上面是 NPN 型三極管，下面是 PNP 型三極管。分別有以下兩種情況：

輸出高電平：向負載灌電流。

輸出低電平：從負載拉電流。

三極管和 MOS 管效果類似，不贅述。

開漏結構（OD）：對比推挽結構，開漏結構只有一個三極管或者MOS管。

之所以叫開漏，是因為MOS管分為三極：源極、柵極、漏極。漏極開路輸出，所以叫開漏；如果是三極管：基極、集電極、發射極，集電極開路，所以叫開集輸出（OC）。

開集輸出（OC），NPN 三極管：

這個結構很好分析：Vin 高電平，三極管導通，對外輸出低電平，外部被直接拉到低。Vin 低電平，集電極（C）開路，輸出電平狀態由外部決定。

以上分析均采用三極管，MOS管類似。

因此，推挽結構可以輸出高低電平。開漏輸出只能輸出低電平，高電平由外部電路決定。

對比總結如下：

電平跳變速度，推挽輸出由CPU控制，高低電平跳變速度快（0-》1），開漏輸出由外部上拉電阻決定，上拉電阻小，反應速度快，從低電平到高電平跳變速度就快，但電阻小電流就大，功耗就高，反之亦然。

所以開漏輸出的外部上拉電阻要兼顧速度和功耗。上拉電阻小，信號邊沿陡峭，信號好，但是功耗高。

電平轉換：推挽輸出輸出的高低電平只有0和Vdd，開漏輸出的高電平由外部上拉電阻決定，多少V都可以，只要不超過MOS管擊穿電壓。