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上拉电阻的实例分析

手机原理设计中,上拉电阻常用在中断、GPIO控制、I2C等信号上,本文希望能通过实例分析加深对上拉电阻的理解。如果有错误,请各位提出来。

中断、GPIO、I2C等一般都是OC或者OD门,芯片内部无上拉电阻时,则外部必须加上拉电阻才能输出高电平。一般I/O端的驱动能力在2~4mA量级,OC或者OD门的导通电压为0.4V左右,手机中加在上拉电阻上的电压一般都是2.8V,上拉电阻的最小值不能低于800R(2.8-0.4V/3mA=0.8K),5V电压时,则不能低于1.5K(5-0.4V/3mA=1.5K)。中断和GPIO信号本身,只需要产生一个高电平即可,不需要驱动设备,上拉电阻可以取大点,减小功耗,但须注意上拉电阻不能太大,否则会和PCB走线,器件等负载电容影响信号上升时间。经验值一般在4.7~100K之间。以上是个人观点。

I2C上拉电阻阻值计算:


I2C的接口一般都是OD机制,同样需要加上拉电阻才能输出高电平。上拉电阻的最小值须符合上文。下面计算下上拉电阻的最大值。
 


I2C总线图

I2C总线的传输速率分为标准模式(100Kbit/s)和快速模式(400Kbit/s),负载的最大容限分别是400pF和200pF,根据I2C总线协议,上拉电阻的最大值被总线电容所限制。

下面两个图可以看出上拉电阻的取值(Rs是I2C设备串联在I2C总线上的电阻,可以防止SDA和SCL的高电压毛刺波,例如电视的显像管击穿产生的高压毛刺)。

 


由上图可以看出,上拉电阻的最小值由上拉电源决定,最大值由总线电容决定。

最大值网上有个计算公式,Rmax=T/0.874*C,C=200pF时,T=1us;C=400pF时,T=0.3us。

手机等低功耗设备一般选择4.7K。 

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