【经验】详解瑞萨RL78系列车规级MCU的IO输出模式原理与应用

时间： 2019-02-21 来源：世强

技术问答

笔者最近碰到用户在设计原理图时，对于单片机MCU IO口之间不同电平的通信是否要加电平转换电路的疑问，结合瑞萨RL78系列的MCU，介绍下瑞萨MCU输出IO时的原理与应用。

瑞萨电子（RENESAS）是全球十大半导体芯片供应商之一，自2010年来，瑞萨汽车电子推出的高性价比的汽车级16位RL78/F1x系列的MCU，广泛用于汽车零部件主控开发，受到车厂的好评公认。本文以瑞萨16位RL78/F13系列，64PIN封装，128KB FLASH，支持LIN通讯的车规级MCU R5F10ALG为例来介绍瑞萨MCU的IO输出应用。

R5F10ALG支持的IO输出模式主要有推挽输出（CMOS output）和开漏输出（N-ch O.D output），通过POMXX（XX指对应的IO口号）寄存器进行切换，以下是两种模式的对比。

IO口工作在推挽输出时的等效电路如下图1：

图 1 R5F10ALG IO口工作在推挽CMOS输出的等效电路

推挽输出：也可以叫做CMOS输出，直接可以输出高，低电平；

输出低电平时，下方的N-MOS 导通，上方的P-MOS 高阻，输出低电平。
输出高电平时，下方的N-MOS 高阻，上方的P-MOS 导通，输出高电平（不需要外部上拉电路）。

特点：

1）可以吸收电流，也可以贯电流；

2）和开漏输出相比，输出高低电平时无需额外的电源电路，即可正常输出高低电平，输出电阻小，增加了电流驱动能力。但推挽的高低电平由MCU的电源决定了，很难通过外部电路来改变，驱动能力也稍微受限。

IO口工作在开漏输出时的等效电路如下图2：

图 2R5F10ALG IO口工作在开漏OPEN DRAIN输出的等效电路

开漏输出：从电路上看，与推挽相比，少了一个上部的PMOS开关，输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，在R5F10ALG芯片中如果将IO始化为开漏输出，则需要外接上拉电阻才能正常工作。开漏输出模式适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般在20mA左右)。

开漏输出特点：适用于大电流驱动电路，可输出不同电压的高电平，其高电平电压受外部电源控制，不同电平间通信无需电平转换，支持线与功能，可用于模拟IIC功能。

综上，瑞萨16位MCU R5F10ALG的IO模块支持推挽输出与开漏输出两种模式，可灵活应用于不同的应用场景。推挽输出适用于大多数情况下的驱动输出，无需外围电路增加BOM与功耗，开漏输出可以适应不同的电平电压，无需额外的电平转换芯片，且通过外部供电，驱动能力可进一步增加。

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