在电子电路领域，TTL 反相器、OC 门、TS 门以及推挽输出、开漏输出等概念是重要的基础知识。本文将深入解析这些电路的原理、特性及应用。

TTL 反相器

TTL 反相器是经过众多工程师精心设计、不断优化后沉淀下来的成熟电路。对于我们而言，只需对其进行深入解析，无需探究其最初的设计过程。学过 CMOS 的人都清楚，TTL 反相器右侧的输出级属于推挽输出，因其外形酷似图腾柱，所以也被称为图腾柱。推挽输出的显著优势在于 T4 和 T5 相互独立，呈现出要么 T4 导通 T5 截止，要么 T4 截止 T5 导通的状态。输入级较为简单，信号从 T1 的发射极传入并向后传递。倒相级的命名与集电极和发射极电压的变化密切相关。当 T2 集电极电压升高时，发射极电压降低；反之，发射极电压升高时，集电极电压降低，这种相反的变化过程使其得名倒相级。

通常在讨论数字电路时，我们采用定性的高低电平说法。但对于 TTL 反相器电路，需要运用定量方法进行分析。假设 Vcc = 5V、Vpn = 0.7V、Vce = 0.1V、ViH = 3.4V、ViL = 0.2V。当 A 输入 0.2V 时，T1 的 PN 结被打通，基极被钳位在 0.9V。T1 进入饱和状态后，集电极为 0.3V，导致 T2 截止，T4 基极电位为高电平，T4 导通，电流从 R4、T4、D2、Y 流出。当输入 3.4V 时，T2 导通，T5 也导通，T4 截止，Y 输出接近 0 的信号。输入级的 D1 起到保护 T1 的作用，防止 A 点电压出现负值时对 T1 造成损坏。

OC 门

TTL 电路存在一些局限性，如高电平电压不够高，R4、T4、D3 会分压；不能直接线与，否则电流过大会损伤。为解决这些问题，我们对电路进行改进，去掉部分反相器，使电路只能输出低电平，然后额外挂载一个电阻和 Vcc' 来提供高电平。Vcc 和 Vcc' 相互独立，Vcc' 可根据后续电路需求调整电压，这样不仅解决了高电平电压不足的问题，还能使 TTL 电路推动 CMOS 电路。这种电路结构被称为 OC 门，即 Open Collector 集电极开路，与之类似的还有 OD（Open Drain 漏极开路）。OC 门虽名为 “门”，但并非传统的门电路。在此基础上，飞利浦公司发明了 I2C 协议。

TS 门

上一节提到了线与，本节介绍线或的接法。线与必须使用 OC 门和外接电压实现，而线或的实现相对简单，只需添加两个即可。对于 TTL 电路，左边使用 OC 门搭建，右边的线或一般不使用 OC 门，因为 TTL 电路输出电压经过二极管后可能过低。对于 I2C 总线协议，为解决主机难以判断信息来源的问题，我们可以通过新增的橙线控制设备输出状态，使设备在特定条件下停止工作。

推挽输出与开漏输出

在 GPIO 输出模式中，推挽输出和开漏输出是常见的两种方式。推挽输出中，T4 和 T5 独立工作，要么 T4 导通 T5 截止，要么 T4 截止 T5 导通。当 GPIO 输出高电平时，电流流出，称为 “推”；输出低电平时，电流流入，称为 “挽”。开漏输出时，PMOS 永远截止，NMOS 导通时输出低电平，截止时输出高阻态。开漏输出正常工作时需接一个上拉电阻，常用于电平不匹配的场合，如 STM32 输出 3.3V，若要输出 5V，需接一个 5V 的上拉电阻。开漏输出还具有 “线与” 的特性，多个开漏输出引脚连接在一起时，只有都输出高电平（高阻态），最终才能输出高电平。

复用推挽 / 开漏输出

推挽输出和开漏输出通过上面的线控制，直接对其编程可控制输出高低电平。而复用推挽输出和复用开漏输出使用下面的线，连接和内部外设，如 PWM、USART、I2C 等。由于这些通信频率高，使用复用功能可让模块直接控制引脚输出，方便编程。具体采用哪种工作模式，需根据实际工作需求决定，如 I2C 需要线与功能，应使用复用开漏输出；PWM、通讯则使用复用推挽输出模式。