I2C详解（四）

上拉电阻的选择

针对不同应用场景及供电电压下，上拉电阻的值有明确的最大值最小值限制，不能过大也不能过小。

• 上拉电阻最小值Rp(min)：

如果Rp阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，这导致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Vol=0.4V)；如果灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。一般标准模式和快速模式下灌电流不超过3mA，快速模式＋及以上灌电流不超过20mA。所以Rp最小值计算公式为：

Rp（min）= （ VDD - Vol（max））/ Iol

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• 上拉电阻最大值Rp(max)：

端口输出高电平是通过Rp实现的，线上电平从低到高变化时，VDD通过Rp对线上负载电容Cb充电，这需要一定的时间，即上升时间。如果Rp过大，信号上升沿变化缓慢，导致规定的时间内没有到达高电平，造成数据错误。所以Rp最大值计算公式为：

对于RC曲线：V(t) = VDD (1 - e-t / RC)
V(t1) = 0.3 × VDD = VDD (1 - e-t1 / RC) ，t1 = 0.3566749 × RC
V(t2) = 0.7 × VDD = VDD (1 - e-t2 / RC) ，t2 = 1.2039729 × RC
T = t2 - t1 = 0.8473 × RC
所以Rp（max）与最大上升时间（tr）和负载电容（Cb）有关，计算公式：
Rp（max）=tr /（0.8437*Cb）

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关于计算Rp的基本参数如下表所示：

一旦确定了Rp上下限值后，就可以根据速率和功耗两方面来权衡Rp的具体阻值，较小的Rp会因为小RC延时而提供较快的速度，较大的Rp会因为电流减小而有较低功耗。

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实例计算

举例说明快速模式下I2C总线基本参数是Cb=200pF，VDD=3.3V，计算Rp值。

Rp（max）= tr /（0.8437*Cb）= （300 x 10^-9） / （0.8437 x 200 x 10 ^-12）=1.77KΩ

Rp（min）= （ VDD - Vol（max））/ Iol = （3.3-0.4）/ （3 x 10^-3）=966.667Ω

根据以上计算，Rp应选择966.667Ω–1.77KΩ之间的即可，具体阻值根据实际情况来确定。