除了前一節討論的拉電阻基本使用方法外，上拉電阻也可以提升高電平的電壓閾值，以便于前后級信號相匹配，比如，TTL邏輯電平驅動CMOS邏輯電平時，我們通常會添加一個上拉電阻R1，如下圖所示：

But Why？ 我們先來看看TTL電平標準圖與CMOS電平標準圖，如下圖所示：

可以看到，TTL邏輯輸出的低電平最大值VOLMAX（0.4V）小于CMOS邏輯輸入低電平最大值VILMAX（0.3×VCC=1.5V），因此，TTL低電平驅動CMOS邏輯是完全沒有問題的，但是TTL邏輯輸出的高電平最小值VOHMIN（2.4V）卻低于CMOS邏輯輸入高電平的最小值VIHMIN（0.7×VCC=3.5V），換言之，CMOS邏輯可能不能夠識別TTL邏輯高電平（注意“可能”這兩個字）。

那為什么添加上拉電阻后就能夠使TTL邏輯可靠驅動CMOS邏輯呢？我們看看TTL邏輯電路的輸出結構，如下圖的所示：（下圖來自TI公司六反相器7404數據手冊）

事實上，所有TTL邏輯輸出結構都是一致的，如下圖所示2輸入與門：（下圖來自TI公司四個兩輸入與門7408數據手冊）。

如下圖所示2輸入或門：（下圖來自TI公司四個兩輸入或門7432數據手冊）。

其它TTL邏輯輸出結構也是類似的，此處不再贅述。TTL邏輯輸出為高電平時內部狀態如下圖所示：

按照TTL電平標準，輸出高電平VOH至少2.4V（VOHMIN=2.4V），換言之，這個輸出電壓也可能高于或低于CMOS高電平輸入識別閾值最小值3.5V（不可靠），而添加上拉電阻后的TTL邏輯電路狀態如下圖所示：

由于上拉電阻R4的存在，使得三極管Q3與二極管D2都處于截止狀態，因此輸出電平被上拉至5V高電平，妥妥地超過了CMOS邏輯高電平判斷閾值的最小值（ 3.5V），這樣CMOS邏輯電路就能夠可靠地進行高電平判斷。

但是，反過來CMOS邏輯電平能夠可靠地驅動TTL邏輯電平，讀者可自行對照兩者的邏輯電平標準圖就真相大白了。

上拉電阻也可以提升單片機引腳的高電平驅動能力。前面我們已經介紹過，任何單片機的IO引腳的驅動電流都是有限的（比如，STM32單片機引腳的驅動能力為25mA），如下圖所示：

3.3V單片機IO引腳最大可以驅動約132歐姆的電阻（負載），如果驅動的電阻小于132歐姆，輸出高電平“H”就因電流驅動能力不足而使得輸出電壓下降，這時我們可以添加一個上拉電阻，如下圖所示：

100歐姆負載需要約33mA的驅動電流，但單片機IO引腳只有25mA可以提供，額外的8mA將由3.3V直流電源通過上拉電阻R1提供。

在高速數字設計電路中，信號的傳輸路徑可用傳輸線來表征，一般差分傳輸線阻抗約100歐姆左右，單端傳輸線的阻抗約為50歐姆左右，如果接收端的輸入阻抗與傳輸線阻抗不匹配（匹配就是相等的意思），則會引起信號反射，如下圖所示：

事實上，大多數接收端的輸入阻抗遠大于傳輸線阻抗，將傳輸線出來的信號直接與接收端對接必定將產生反射，從而引起信號完整性（Signal Integrity, SI）問題，因此，我們通常都會使用各種端接手段進行阻抗的匹配，添加下拉電阻就是其中一個手段，如下圖所示：

也可以使用上下拉電阻配合的方式進行阻抗的匹配（遠端戴維南端接），如下圖所示：

如果讀者有過DDRII SDRAM的應用經驗，會發現其中有一個VTT電壓，如下圖所示：

VTT就是端接電壓（termination voltage），它通常是VDDQ的一半。差分傳輸線的端接原理也是相似的，至于更多細節方面可參考系列文章《高速數字邏輯電平標準之SSTL》及《高速PCB設計之端接》，此處不再贅述。

我們在說某個電阻是上拉電阻或下拉電阻的時候，它其實還同時有限制電流的能力，只不過在使用拉電阻過程中，上拉或下拉的功能占主導地位，也因此而得名，你可以把端接電阻稱為上拉電阻或下拉電阻，但你總不會稱其為限流電阻吧？

責任編輯：xj

原文標題：上/下拉電阻

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