I2C總線上拉電阻阻值如何確定？

導(dǎo)讀

I2C總線在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，盡管其結(jié)構(gòu)簡單，但經(jīng)常發(fā)生上拉電阻設(shè)計(jì)不合理的問題。本文將對I2C上拉電阻的選擇進(jìn)行簡要分析。

一根信號線上，通過電阻連接一個固定的高電平VCC，信號線初始、空閑時一直保持高電平狀態(tài)，稱為上拉電阻。

總線的上拉電阻各有不同作用，如I2C的上拉電阻是由I2C端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而RS485和CAN總線的上拉電阻是為了做終端匹配。那這不同總線的上拉電阻，是否接上拉，阻值的選擇有何講究嗎？

是的，這些電阻阻值的選擇都是有理論依據(jù)的，如果阻值選擇不正確，會引起一些異常，例如曾經(jīng)有一個案例，I2C上拉電阻阻值為10K，而應(yīng)用卻要求I2C跑400KHz的高速率，顯然這樣的上拉電阻不能滿足400kHz的高速率要求，出現(xiàn)通信錯誤也是不可避免的了。

對于RS485和CAN總線而言，則需要根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行靈活使用，就算節(jié)點(diǎn)數(shù)相同的兩個應(yīng)用，由于布線和所接設(shè)備的差異，需要的匹配電阻也是不同的。理論計(jì)算值可做為重要的參考依據(jù)。

?I2C上拉電阻有什么作用、阻值如何確定？

目的：保證通訊正常。

常說I2C需要加上拉電阻，卻不知道為什么需要加上拉電阻？

第一是I2C本身的協(xié)議決定，空閑時兩線均保持高電平狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)線“與”功能。

第二是器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示，SCL和SDA引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無法提供高電平，只能依靠外部高電平。目前部分器件支持上拉功能的復(fù)用功能開漏模式，芯片內(nèi)部可配置為上拉模式（建議使用外部上拉電阻）。

圖1 I2C端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效電路

I2C上拉電阻的取值大小怎么確定？

考慮IO灌電流，阻值不能過小。通常在標(biāo)準(zhǔn)模式100Khz，灌電流不超過3mA，

VOL不超過0.4V，若上拉電阻至3.3V，上拉電阻阻值約大于1k。

代入Vdd = 3.3，Vol(max)=0.4，Iol(max)= 3，得到Rmin = 966Ω。

考慮上升時間，阻值不能過大。高電平是靠外部上拉電阻提供，電阻和總線電容組成RC網(wǎng)絡(luò)，電阻過大充電時間過長，造成信號上升緩慢，未在規(guī)定時間內(nèi)到達(dá)高電平，導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。針對I2C系統(tǒng)，在上拉電壓的30%至70%時來測量上升時間和下降時間，總線電容100pF，總線最大上升時間300ns。

代入Tr=300，Cb=100，計(jì)算得到Rmax=3.54kΩ。

根據(jù)以上計(jì)算，上拉電阻的取值在966~3.54k之間。工程實(shí)際設(shè)計(jì)中，并不是完全按照這個值來設(shè)計(jì)，通?？蛇x取2.2k，3k，4.7k。

解決I2C通信問題，建議抓取I2C波形，觀察總線上升/下降時間，并分析總線電容和上拉電阻等因素，并結(jié)合驅(qū)動代碼全面分析。