上拉电阻取值出现偏差的情况分析

关于上拉电阻的取值，在电路设计过程中要倍加注意，因为上拉电阻在取值上稍有偏差就会导致结果的不准确。在本篇文章当中，小编就将为大家总结关于上拉电阻的取值问题，并以实例的形式分析上拉电阻取值过高或过低所造成的影响。

图1 P1口工作原理图

如果上拉电阻值过小，Vcc灌入端口的电流（Ic）将较大，这样会导致MOS管V2（三极管）不完全导通（Ib*β，有饱和状态变成放大状态，这样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）。

如果上拉电阻过大，加上线上的总线电容，由于RC影响，会带来上升时间的增大（下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快；上升延是无源的外接电阻，速度慢），而且上拉电阻过大，即引起输出阻抗的增大，当输出阻抗和负载的阻抗可以比拟的时，则输出的高电平会分压而减少。

I2C的上拉电阻可以是1.5K、2.2K、4.7K，电阻的大小对时序有一定影响，对信号的上升时间和下降时间也有影响，一般接1.5K或2.2K。

实验

接入200K上拉电阻，结果观察到信号上升时间增大，方波变成三角波。I2C上拉电阻确定有一个计算公式：

Rmin={Vdd（min）-o.4V}/3mA

Rmax=（T/0.874）*c，T=1us100KHz，T=0.3us400KHz

C是BuscapacitanceRp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（最大取3mA）决定；于是Rpmin=5V/3mA≈1.7K（@Vio=5V）或者2.8V/3mA≈1K（@Vio=2.8V）。

Rpmax的取值：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lt；=200pF，根据具体使用情况、目前的器件制造工艺、PCB的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lt；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1.8K~7K@Vio=5V对应50pF~200pF根据Rpmin与Rpmax的限制范围，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，console设计选3.3K，portable/handset等低供耗的设计选4.7K牺牲速度换取电池使用时间。

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。

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从设备的数量受总线电容，<=400pF的限制。

本文以实例的角度出发，为大家讲解了上拉电阻取值在偏大或者偏小的情况下会出现的情况，并对每种情况进行了独到的分析，希望大家在阅读过本文之后能够有所收获。