浅谈MCU内部的I/O结构，I/O驱动有何差异

经常会听到MCU某I/O的驱动能力是xxmA，那么到底什么是驱动能力呢？如果某IO的驱动能力是5mA，它就输出不了超过5mA的电流了吗？为什么IO的驱动能力有差异呢？

要回答以上问题，需要先了解MCU内部的I/O结构，

(本图来源于STM32F103参考手册）

当输出高电平1时，I/O内部VDD经过PMOS流向I/O引脚，如下图红色箭头所示，

这时驱动能力是指，在输出电流小于等于最大输出电流的情况下，I/O引脚可以正常的输出逻辑1。

P-MOS管的源极(S)接VDD，当MCU输出1时，P-MOS管导通，电流从源极(S)流向漏极(D)。I/O引脚外接负载大小不同，流过P-MOS管的电流、VDS(源漏电压)就会不同。输出电流越大，VDS越大，I/O电压就越小。当电压低到Voh时的这个输出电流，就表示驱动能力。

当输出低电平0时，I/O引脚经过N-MOS流向I/O内部VSS，如下图红色箭头所示

这时驱动能力是指，在小于等于最大输入电流的情况下，I/O引脚可以正常的输出逻辑0。道理同上，流过N-MOS电流越大，N-MOS产生压降越大，I/O口电压越大。当电压达到逻辑0的最高电压Vol时，这时的电流就表示驱动能力。

以上看明白后，文章开头的3个问题也就有了答案，

1）I/O驱动能力是指在同时满足Voh(输出引脚为逻辑1时的最小电压值) 和 Vol(输出引脚为逻辑0时的最大电压值）前提下，最大可以输出和吸收的电流大小。Voh和Vol的值在芯片数据手册中可以查到。

2）如果某I/O的驱动能力是5mA，并不是表示它输出不了超过5mA的电流，只是当输出电流超过5mA之后，它的输出电压会下降，电压会小于Voh。

3）I/O驱动能力的差异来源于MOS管自身的特性，要想过电流能力大，MOS管体积就要大，芯片所需的面积就会更大，成本自然也会更高。所以通常MCU只是一部分I/O具有高驱动能力，并不是每一个I/O都做成了高驱动能力。

说了这么多，其实可以用下面这个简单的电路来解释：

MCU的IO引脚上外接一个电阻到GND，只要这个电阻不是太小，那么IO引脚的电压是基本不变的，只是微小的下降。电阻很小、电流较大时，电压会明显下降。

感兴趣的可以实际测试下，不过要注意别把电流整太大烧坏IO哦。

编辑：黄飞