開漏（Open-Drain）或開集（Open-Collector）輸出需要外接上拉電阻，以下是具體原因：

1. 工作原理決定

• 開漏輸出：

• 由N溝道MOSFET構成，當MOSFET導通時，輸出端被拉至低電平（接地）。

• 當MOSFET截止時，輸出端呈現高阻抗狀態，無法主動輸出高電平。

• 開集輸出：

• 由NPN雙極型晶體管構成，當晶體管導通時，輸出端被拉至低電平（接地）。

• 當晶體管截止時，輸出端同樣呈現高阻抗狀態。

2. 上拉電阻的作用

• 提供高電平：

• 在輸出端高阻抗時，上拉電阻將輸出端拉至高電平（通常為電源電壓VCC）。

• 實現線與邏輯：

• 在多設備共享總線的場景中（如I2C總線），上拉電阻使總線在空閑時保持高電平，當任意設備拉低總線時，總線呈現低電平，實現線與邏輯。

3. 不接上拉電阻的后果

• 輸出高電平不穩定：

• 輸出端高阻抗時，電平狀態不確定，可能受噪聲干擾。

• 無法實現線與邏輯：

• 總線在空閑時無法保持高電平，導致通信失敗。

4. 特殊情況

• 內部集成上拉：

• 某些芯片（如部分微控制器）的I/O口可能內置上拉電阻，可通過配置寄存器啟用，此時無需外部上拉電阻。

• 外部電路提供上拉：

• 如果后續電路（如總線）已提供上拉電阻，則無需重復添加。

5. 設計建議

• 上拉電阻取值：

• 通常選擇1kΩ至10kΩ，具體值需根據驅動能力和信號速度要求調整。

• 功耗考慮：

• 上拉電阻過小會增加靜態功耗，過大則可能影響信號上升時間。

總結

開漏/開集輸出必須外接上拉電阻，以確保輸出高電平的穩定性和實現線與邏輯。但在實際應用中，若芯片內部已集成上拉電阻或外部電路已提供上拉，則無需重復添加。