I2C通信上拉电阻讲解

1、I2C通信上拉电阻讲解I2C通信的接口之拉电阻在一些PCM layout中，大家往往会看到在I2C通信的接口处，往往会接 入一个4.7K的电阻，有的datasheet上面明确有要求，需要接入，有的则没有 要求。I2C 接口对于单片机来讲，有些IO内部的上拉电阻可以使能，这样就省去了外部的 上拉电阻，这是对于单片机带有标准I2C通信协议接口，若是只带有模拟I2C 协议接口，那么就需要考虑接入上拉电阻问题。下图是摄像头进行配置通信时 SCL和SDA需要进行上拉电阻的连接。rZXNagxo NTaj6AA xI2aFgb。i. MJSS M LMltO J11 Ik - IE心AIM I ；曰亍艮T

2、 I门會*ox*T! IAN6* r4鼻 iLt 1电代咎niAJw r予I 兀$1民现、* AHA E；* Mia tXJ、1PWE、If*(4%- /t.Slit “用I和i njtl1 Attis ItkLl在大多数情况下，由于I2C接口采用Open Drain机制，器件本身只能输出 低电平，无法主动输出高电平，只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。 因此I2C总线上的上拉电阻是必须的，如图 1所示。bjopERy。22M16Zb CQZYi2evOo图1因为I2C总线在空闲时必须拉高，只有是高的才能拉成低的，所以这是之所 以规定空闲时必须为高的一个原因，要是保持“低”的话，那是不

3、可能成为“多 主”总线的。iDK0TNa 7cQRghy HGXrGcZ其实I2C总线接口在工作时只会检测高低电平，他不会在乎有无上拉电阻的个是功耗，一个是速度冋题，两者 那么就牵涉到总线电容的问题，其实很RC高速时将直接影响通讯！因为总 如果还没有充电到足以保证从器件可 那么通讯肯定问题，所以总线必须满足时序要求。上拉电阻的大小，会牵扯到两个问题， 是一个矛盾体。如果你想尽量提高速度， 容易理解，上拉电阻与总线的电容形成了 线拉高时有个充电时间以及高电平的阀值， 以识别的高电平的阀值时主器件就以为完成了一个总线动作的话， 是不能进行的！ PdI8t5D。e00ti6z。6TQqqFD如果你想

4、尽可能降低功耗，那么就要尽可能增大电阻以最大可能的减小电路 各部分的消耗电流从而实现整体降低功耗！但不可能无限大，否则充电时间你会受不了的！ 4tfa5x2。ZY8Lve4 6Jw8iAh。=W9aya/：Ddr61Dt。pCjarvT。I2C上拉电阻大小I2C上拉电阻确定有一个计算公式：Rmin= Vdd(mi n)-o.4V/3mARmaX=(T/0.874) *C, ( T=1US 100KHZ, T=O.3US 4OOKHZ)j7m93jt。q6hvOH3 bXxWNQS C 是 Bus capacitaneeRp最大值由总线最大容限(Cbmax决定,Rp最小值由Vio与上拉驱动电流(

5、最 大取3mA)决定；于是 Rpmin=5V/3mA 1.7K(Vio=5V)或者 2.8V/3mA 1K(Vio=2.8V)wxPwvxzxdUxrdO Unm6jpERpmax取值：标准模式，100Kbps总线的负载最大容限=400pF;快速模式， 400Kbps总线的负载最大容限=200pF,根据具体使用情况、目前的器件制造工 艺、PCB勺走线距离等因素以及标准的向下兼容性，设计中以快速模式为基础， 即总线负载电容200pF,也就是传输速度可以上到400Kbps是不成问题的。于是 Rpmax可以取的范围是 1.8K7K Vio=5V 对应 50pF200pF Oiabved。cfpRu1

6、E。hwybyi。根据Rpmin与Rpmax勺限制范围，一般取5.1K Vio=5V ,负载容限的环境 要求也容易达到。在 2.8V系统中，eon sole设计选3.3K, portable/ha ndset 等 低供耗的设计选4.7K牺牲速度换取电池使用时间。vGw46SZ XwcEV7x H7iVx2Y。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补充：在I2c总线可以串连300欧姆电阻RS可以用于防止SDA和SCL线的 高电压毛刺。I2C协议还定义了串联在SDA SCL线上电阻Rs。该电阻的作用是， 有效抑制总线上的干扰脉冲进入从设备，提高可靠性。

7、这个电阻的选择一般在 100200ohm左右。当然，这个电阻并不是必须的，在恶劣噪声环境中，可以选用。plL.RpRyMasterr：SlaveXkMzw6qg2OQ769EJos2aG/：=W=3。XAGLk5O gzjVogD。I2C上拉电阻讨论RP不宜过小，一般不低于1KQ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1KQ的电阻（当VDD= 3V时，灌入电流不超过3mA。IG20mZ。YI

8、J9BnB aQv3lPu。RP不宜过大，一般不高于10KQ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。端口信号的上 升时间可近似用充电时间常数 RPCL乘积表示。9I6dORm lrqaRR1。lx1ZG2X。信号线负载电容（对地）由多方面组成，包括器件引脚、PCB信号线、连接器等。如果信号线上挂有多个器件，负载电容也会增大。比如总线规定，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值为 15KQ。ClzGte7。FlzDuep。DjI5qV

9、U。如果RC充电时间常数过大，将使得信号上升沿变化缓慢，达不到数据传输 的要求。因此一般应用中选取的都是几 KQ量级的上拉电阻，比如都选取4K7的电阻。 小阻值的RP电阻增大了端口 Sink电流，故在可能的情况下，RP取值应稍 大一点，以减少耗电。另外，通常情况下，SDA,SCL两条线上的上拉电阻取值是一致的，并上拉到同一电源上。gFK2Yero 51RhY61 sDwlckj。=FWuH/7FXIqtY。EuZNEUFI2C应用中上拉电阻电源问题在部中分应用中，还存在主从设备以及上拉电阻电源不一致的情况，比如Camera模组。在很多设计方案中，Camera模组不工作时，并不是进入Power Down模式，而是直接关闭模组供电 VDDS此时，处理器与模组相互连接的所有信号 线都应该进入高阻态，否则就会有电流漏入模组；而对于此时的I2C控制信号线 来说，由于上拉电阻的存在，必须关断上拉电阻电源VDD P如果上拉电阻使用的是系统电源VDDMVDDP=VDDM无法关闭，就会有漏电流进入模组；因此这 种情