IIC总线为什么一定要加上拉电阻以及电阻的选取

只看该作者 · 2022-12-23 11:00

本帖最后由 eltonchang2001 于 2022-12-27 13:14 编辑

一、iic协议为什么一定要加上拉电阻？

1.IIC是半双工，而不是全双工，同一时间只可以单向通信；
2.为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是**漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出，即高阻态。**高阻态只能独立输出/输入低电平和高阻状态，无法主动输出高电平，所以需要外部电阻上拉才可以获得高电平。
3.iic传输数据的开始和结束都是将SDA和SCL拉高。

二、上拉电阻的取值范围。

这里有几个概念需要明确：
1.如上图Rp为上拉电阻，那么CL就是线路中等效出的电容。
2.等效电容会与Rp组成RC滤波电路。
3.iic传输有几个速率可以选择，标准速率100KHZ（上升时间1us），高速400KHZ（上升时间0.3us），超高速1000KHZ。
说到这里有人会问了，上拉电阻跟RC滤波器有啥关系？
别急！下面贴一张iic bus的规范：
够直观吧！
tr：信号的上升时间；
Cb：总线的等效电容容值；
例：对于的400kbps速率应用，信号上升时间应小于300ns；假设线上CL为20PF，可计算出对应的Rp（max）值为15KΩ。
这是Rp（max）的取值计算。
那么Rp（min）如何计算呢？

VoL：I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V
IoL：一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级，标准速率和高速率限定的电流为3mA。
VDD：电源电压。
总的来说：电源电压限制了上拉电阻的最小值；负载电容（总线电容）限制了上拉电阻的最大值！
RP不宜过小，一般不低于1KΩ一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级。如果RP阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，这导致端口输出的低电平值增大(I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V)；如果灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻（当VDD＝3V时，灌入电流不超过3mA）。RP不宜过大，一般不高于10KΩ由于端口输出高电平是通过RP实现的，线上电平从低到高变化时，电源通过RP对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间。因此一般应用中选取的都是几KΩ量级的上拉电阻，比如都选取4K7的电阻。