一个上拉电阻引发的思考（一）

我们在写驱动过程中，经常看到有上拉电阻，有时候会听硬件工程师说上拉不够，或者说上拉太小了。以前我也没仔细研究过它的作用，只是知道可以起到稳定电平，提高驱动能力的作用。一般用于OC（Open Colector极电集开路）门、OD门（Open drain,漏极开路，其中一个应用是i2c总线）或者输出驱动能力不够的电路中。最近我上网搜了一下相关的知识，查看了以前大学时的课件，发现以前的基础真的很重要的啊。其实这些知识以前都学过的，但是为什么感觉学得不深入，很快就忘记了呢？这其中又引起了我的一个思考，这就是，我们在学校学习，一般只是为了学习而去学习，而没有具体的目的。比如说你想做一个项目，这些项目就需要某些知识。我们学完很多知识，但是并得不到应用，在不久后就会忘记了，这样子学习是做不到深入的。正确的学习方法是理论->实践->理论->实践......不断循环。现在我看回电路的一些理论知识，有一种恍然大悟的感觉，哦，原来是这样子！

好了，不扯远了。以下我讲解一下OC门的上拉电阻原理和应用。电子类专业毕业的学生应该都觉得这些很简单的了，但是计算机类的可能情况跟我一样，就是似懂非懂。如果你是这种状况，读完这篇文章后你可能会有所领悟。本文其中可能也有许多错漏的地方，请大家指正。

上图就是一个OC门，它其实就是一个与非门。A、B为输入端，F为输出端。其中RL是不属于OC门的，它是输出的一个上拉电阻，接到Vcc上。只要恰当地选择电源电压和负载电阻，就可以保证输出电平F的高、低要求，而又有效地防止输出管（T5）电流过大。

对于OC门，我们可以理解得简单一点。把OC门看作是一个黑盒子，当输入端为低电平时，OC门截止（T5管截止，相当于集电极开路），F端输出高电平，此时可看作只有Vcc，RL和外部负载相连。当输入端为高电平时，OC门饱和，在输出端会有固定的饱和电流（T5管集电极的饱和电流）流进OC门，F端输出低电平。

当有m个OC门直接并联，并带有n个与非门作负载时，只要公共外接负载电阻RL选择适当，就可以保证输出高电平不低于规定的VOHmin值；又可以保证输出低电平不高于规定的VOLmax。而且也不会在电源和地之间形成低阻通路。

集电极负载电阻RL的选择：

输出端F输出高电平的情况。

若m个OC与非门的输出都为高电平直接并联，则线与结果为高电平，下面的如下图所示。

此时必须满足：

VCC-IRLRL≥VOHmin

VCC-(mIOH+pIIH)RL≥VOHmin

RL≤(VCC-VOHmin)/(mIOH+pIIH)

也就是RL的最大值是(VCC-VOHmin)/(mIOH+pIIH)，而一般来说,VCC，VOHmin，IOH，IIH，m,p都是固定的，VOHmin，IIH一般可以从负载的手册上找出，VOHmin一般就是器件的低电平阀值，IIH一般就是器件的额定电流（注意上面把与非门作为负载只是一种举例，而实际上负载有很多种）。我们在上面说过，当输出高电平时，可以把OC门开作是开路，也就是IOH为0。上面公式可以简化为：

RL≤(VCC-VOHmin)/pIIH

也就是说，RL的最大值为(VCC-VOHmin)/pIIH，如果再大的话，就不能产生负载所需要的高电平VOHmin了。

好，休息一下。现在我们已经知道怎么算出上拉电阻的最大值了。如果有时候输出端得不到要求的高电平，那么就有可能是上拉电阻太大了（一般为1k~10k，而有的说是4.7k~10k，反正是大于1k吧）。

下面继续算上拉电阻的最小值了。

上面是输出端F为高电平的情况，现在看输出端F为低电平的情况。

当OC门线与输出为低电平时，从最不利情况考虑，设只有一个OC门处于导通状态，而其它的OC门均截止（实际上可能只有一个OC门）。

我们上面提过，当OC门输出低电平时，OC门是饱和的，也就是相当于集电极处直接对地（但仍有一个饱和电流IOL），此时上拉电阻电流IRL和负载电流IIS共同流向OC门，这时候电流IOL就是我们经常所说的灌电流（这里一个题外话，就是接了上拉电阻后，即使输出低电平也会消耗很小的电流）。

RL不能太小，应保证在所有的负载电流全部流入唯一导通的OC门时，线与输出低电平仍能低于规定的VOLmax值，也就是要能产生负载要求的低电平。

VCC-IRLRL≤VOLmax

VCC-(IOL-nIIS)RL≤VOLmax

RL≥（VCC-VOLmax）/(IOL-nIIS)

也就是RL的最小值是（VCC-VOLmax）/(IOL-nIIS)，其中VCC，VOLmax，IOL，nIIS都是已知的，IOL大概就等于管子的饱和电流，IIS是负载的短路电流就样就可以把RL的最小值算出来了。

也就是说，RL的最小值为（VCC-VOLmax）/(IOL-nIIS)，如果忽略掉负载的短路电流，如果RL的值更小，那么就不能产生比负载要求的低电平更低的电平了。

综上所述，（VCC-VOLmax）/(IOL-nIIS) ≤RL≤(VCC-VOHmin)/(mIOH+pIIH)，如果要粗略地计算，忽略掉IIS和IOH，那么就是（VCC-VOLmax）/IOL≤RL≤(VCC-VOHmin)/pIIH。