最近看到一個關(guān)于上下拉電阻的問題，發(fā)現(xiàn)不少人認(rèn)為上下拉電阻能夠增強(qiáng)驅(qū)動能力。

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

但很多經(jīng)驗(yàn)肯定不是空穴來風(fēng)，秉承工程師的鉆研精神，我就試著找找這種說法的來源，問題本身很簡單，思考的過程比較有趣~

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，不過因?yàn)殡娐泛唵?，非常適合用來理解基本概念。

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

基本二極管與門

假設(shè)二極管無導(dǎo)通壓降，在這個電路中，二極管充當(dāng)了單向開關(guān)的角色，當(dāng)A和B等于VDD時，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，二極管導(dǎo)通，因?yàn)槎O管導(dǎo)通時電阻很小，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，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，非常簡單。

基本二極管或門

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單粗暴：利用開關(guān)的閉合（電阻為0）和開啟（電阻無窮大）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)動能力也更好。

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

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

開關(guān)的相對位置不同，還決定了電路在某一狀態(tài)下的驅(qū)動能力：開關(guān)的導(dǎo)通電阻為0，可視為驅(qū)動力無窮大，可是電阻（或恒流源）的驅(qū)動能力呢，只有VDD/R（或者恒流I），這就導(dǎo)致了電路在輸出H或L的時候驅(qū)動能力不對稱（換一個說法，就是電路在輸出H或者L的時候，輸出阻抗不一樣）。

除了驅(qū)動能力的問題，這種單開關(guān)加電阻的模式還會帶來靜態(tài)功耗的問題，因?yàn)橹灰_關(guān)閉合，不管外部有沒有負(fù)載，都會消耗電流。

既然開關(guān)的驅(qū)動力比電阻強(qiáng)，那么能不能把電阻也換成開關(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)的開關(guān)。這樣不管輸出H還是輸出L，驅(qū)動能力都是無窮大！好的，這時候上下拉電阻就不見了。

這樣兩個開關(guān)的電路還多出來了一種狀態(tài)：當(dāng)兩個開關(guān)都開啟時，VOUT即不是VDD也不是GND，而是一個懸空的狀態(tài)（即高阻態(tài)，Hi-Z），這時候外部給什么信號它就是什么狀態(tài)。這樣又出現(xiàn)了一個新的邏輯門大類：三態(tài)邏輯門。