I2C -3-----I2C上拉電阻的計算

引言：I2C通信標準是當今電子系統中最廣泛使用的芯片間通信標準。這是一種開放漏極/開放集電極通信標準，意味著可以連接具有不同電壓供電軌的集成電路進行通信。需要將上拉電阻器從I2C線路連接到電源。當開路漏極接口未將線路驅動為低電平時，上拉電阻器將線路拉高。上拉電阻器的值是I2C系統的重要設計考慮因素，因為不正確的值會導致信號丟失。在本文中，展示了用于上拉電阻計算的簡單方程，系統設計者可以使用這些方程為其設計進行快速計算。

1.上拉電阻的計算

強大的上拉(小電阻)可防止IC上的I2C引腳驅動電壓過低。可由IC的輸入緩沖器讀取為有效邏輯低的VOL電平確定最小上拉電阻RP(min)。RP(min)是VCC、VOL(max)和IOL的函數：

由于I2C標準上升時間規格，最大上拉電阻受到總線電容Cbus的限制。如果上拉電阻值過高，I2C線在被拉低之前可能不會上升到邏輯高。從時間t=0開始，RC電路對振幅VCC的電壓階躍的響應由時間常數RC表征。電壓波形可以寫成：

那么對于VIH=0.7×VDD：

那么對于VIL=0.3×VDD：

I2C總線的上升時間可以寫成：

最大上拉阻力是最大上升時間(tr)的函數：

下表3-1是I2C的規范參數：

表3-1：規范參數(MAX)

RP(min)作為VCC的函數繪制在圖3-1中。對于標準模式和快速模式I2C，RP(max)被繪制為Cbus的函數( 圖3-2 )。

圖3-1：最小上拉電阻RP(min)與上拉參考電壓VCC關系線

其中當VCC≤2V，VOL=0.2×VCC，IOL=2mA ，當VCC>2V，VOL=0.4V，IOL=3mA 。

對于標準模式和快速模式I2C，RP(max)被繪制為Cbus的函數( 圖3-2 ):

圖3-2：最大上拉電阻RP(max)與母線電容Cb

2.速度與功率的平衡

一旦選擇了上拉電阻器的最小值和最大值，就可以基于速度和功率預算之間的權衡來決定電阻器的值。較小的電阻器將由于較小的RC延遲而提供較高的速度，而較大的電阻器將提供較低的功耗。而Cbus的值主要包括從器件的收發緩沖器寄生電容，走線長度的寄生電容，前者可以查閱Datasheet，后者的計算方式我們在另外的系列中會提到。

3.計算實例

對于具有以下參數的快速模式I2C通信，計算上拉電阻值，其中Cb=200 pF，VCC=3.3 V

因此，我們可以選擇966.667Ω和1.77KΩ之間的任何可用電阻值，可以基于功耗和速度的權衡來選擇上拉電阻器的值。