漏极开路上拉电阻取值及上拉电阻阻值的确定

如果上拉电阻值过小，Vcc灌入端口的电流(Ic)将较大，这样会导致MOS管V2(三极管)不完全导通(Ib*β，有饱和状态变成放大状态，这样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为0.4v)。
如果上拉电阻过大，加上线上的总线电容，由于RC影响，会带来上升时间的增大(下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快;上升延是无源的外接电阻，速度慢)，而且上拉电阻过大，即引起输出阻抗的增大，当输出阻抗和负载的阻抗可以比拟的时，则输出的高电平会分压而减少。
I2C的上拉电阻可以是1.5K，2.2K，4.7K， 电阻的大小对时序有一定影响，对信号的上升时间和下降时间也有影响，一般接1.5K或2.2K。
(实验：接入200K上拉电阻，结果观察到信号上升时间增大，方波变成三角波)
I2C上拉电阻确定有一个计算公式：
Rmin={Vdd(min)-o.4V}/3mA
Rmax=(T/0.874) *c, T=1us 100KHz, T=0.3us 400KHz
C是Bus capacitanceRp最大值由总线最大容限(Cbmax)决定,Rp最小值由Vio与上拉驱动电流(最大取3mA)决定;于是 Rpmin=5V/3mA≈1.7K(@Vio=5V)或者2.8V/3mA≈1K(@Vio=2.8V)。
Rpmax的取值：100Kbps总线的负载最大容限
总的来说：电源电压限制了上拉电阻的最小值 ; 负载电容(总线电容)限制了上拉电阻的最大值。
补充：在I2c总线可以串连300欧姆电阻RS可以用于防止SDA和SCL线的高电压毛刺: I2c从设备的数量受总线电容,
上拉电阻阻值的确定
由于I2C接口采用OpenDrain机制，器件本身只能输出低电平，无法主动输出高电平，只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。因此I2C总线上的上拉电阻是必须的!

RP不宜过小，一般不低于1KΩ
一般IO 端口的驱动能力在2mA～4mA量级。如果RP阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，这样会导致MOS管不完全导通，有饱和状态变成放大状态，这样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为0.4V);如果灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻(当VDD=3V时，灌入电流不超过3mA)。
RP不宜过大，一般不高于10KΩ
由于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，电源通过RP对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间。端口信号的上升时间可近似用充电时间常数RPCL乘积表示。
信号线负载电容(对地)由多方面组成，包括器件引脚、PCB信号线、连接器等。如果信号线上挂有多个器件，负载电容也会增大。比如总线规定，对于的400kbps速率应用，信号上升时间应小于300ns;假设线上CL为20PF，可计算出对应的RP值为15KΩ。
如果RC充电时间常数过大，将使得信号上升沿变化缓慢，达不到数据传输的要求。因此一般应用中选取的都是几KΩ量级的上拉电阻，比如都选取4K7的电阻。小阻值的RP电阻增大了端口Sink电流，故在可能的情况下，RP取值应稍大一点，以减少耗电。另外，通产情况下，SDA,SCL两条线上的上拉电阻取值是一致的，并上拉到同一电源上。
PCB布局布线与抗干扰设计
I2C信号线属于低速控制线，在手机PCB设计时，按通常的控制IO对待即可，无需做特别的保护设计，一般不用担心受到噪声源干扰。
但在一些特定的情况下，比如折叠、滑盖机型中，I2C的两根信号线需要通过转轴或滑轨处的FPC，此时由于信号路径比较长，距离天线比较近，而且Opendrain的输出级对地阻抗大，对干扰比较敏感，因此比较容易受到RF信号源的干扰。在这种情况下，就应适当注意对I2C信号线的保护。比如I2C两条信号线(SDA,SCL)等长度地平行走线，两边加地线进行保护，避免临近层出现高速信号线等。
上拉电阻应安置在OD输出端附近。当I2C总线上主从器件(Master &
Slave)两端均为OD输出时，电阻放置在信号路径的中间位置。当主设备端是软件模拟时序，而从设备是OD输出时，应将电阻安置在靠近从设备的位置。
I2C协议还定义了串联在SDA、SCL线上电阻Rs。该电阻的作用是，有效抑制总线上的干扰脉冲进入从设备，提高可靠性。这个电阻的选择一般在100～200ohm左右。当然,这个电阻并不是必须的，在恶劣噪声环境中，可以选用。

比如常用的FM
接收模块或者Capsense触摸感应功能块，都是通过I2C接口控制的。I2C接口信号从处理器出发，经过PCB上的信号路径，进入上述电路单元。I2C信号线上载有一定干扰，这种干扰虽然幅度并不很大，但还是会影响敏感的FM接收模块或Capsense触摸感应功能块。此时，可以通过在靠近FM模块或触摸感应模块的I2C信号线上串接Rs电阻，即可有效降低干扰的影响。此外，上拉电阻端的电源也要进行退耦处理。
软件模拟I2C时序
由于一般的I2C应用速率并不高(400kbps)，使用处理器的IO口模拟I2C波形,完全可以胜任(处理器一般担任Master，占有I2C通信的控制权，无需担心随机的I2C通信服务中断其他任务的执行)。
处理器分配给I2C任务的IO口，要求可以输出高低电平，还能配置为输入端口。处理器根据总线规范以及从设备的时序要求，利用2条IO信号线，模拟I2C接口时序波形，进行I2C通信。
处理器发送数据时，通过IO口输出高电平，上升时间基本与外部上来电阻阻值无关，且比用外部上拉电阻上拉到高电平快很多。处理器在接受数据时，即便上拉电阻阻值选的大一些，从设备输出数据的波形上升沿缓慢，但由于处理器使用软件采样的而非硬件采样，因此，对数据传输的结果并不影响。也就是说，使用IO口模拟I2C时序时，上拉电阻阻值可以适当选的大一些。
需要指出的是，使用软件模拟最多只能完成单Master的应用，对于多Master应用，由于需要进行总线控制权的仲裁管理，使用软件模拟的方法很难完成。
I2C总线空闲的时候，两条信号线应该维持高电平。否则，上拉电阻上会有耗电。特别是在上电过程中，IO线上电平也应保持在高电平状态。也就是说：当Master的I2C使用的是IO软件模拟时，一定要保证该两个IO上电默认均为输入(或高阻)或者输出高电平，切不可默认为输出低电平。IO默认为输入时，可以通过外部上拉电阻将I2C信号线拉至高电平。

I2C应用中上拉电阻电源问题
在部中分应用中，还存在主从设备以及上拉电阻电源不一致的情况，比如Camera模组。在很多设计方案中，Camera模组不工作时，并不是进入PowerDown模式，而是直接关闭模组供电VDDS。此时，处理器与模组相互连接的所有信号线都应该进入高阻态，否则就会有电流漏入模组;而对于此时的I2C控制信号线来说，由于上拉电阻的存在，必须关断上拉电阻电源VDDP。如果上拉电阻使用的是系统电源VDDM(VDDP=VDDM)，无法关闭，就会有漏电流进入模组;因此这种情况下，应该使用VDDS作为上拉电阻电源(VDDP=VDDS)，这样上拉电阻电源与Slave电源即可同时关闭,切断了漏电路径。
另外需要注意的是，在上述应用实例中选择的IO，应该选取上电默认为输入(或高阻)才行。

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附录 上拉电阻
上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。下拉同理，也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平。
上拉是对器件输入电流，下拉是输出电流；强弱只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分；对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提供电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。
作用
1、当TTL电路驱动CMOS电路时，如果电路输出的高电平低于CMOS电路的最低高电平（一般为3.5V）， 这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。
2、OC门电路必须使用上拉电阻，以提高输出的高电平值。
3、为增强输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。
4、在CMOS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻以降低输入阻抗， 提供泄荷通路。
5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限，增强抗干扰能力。
6、提高总线的抗电磁干扰能力，管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上、下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。
概念
就是从电源高电平引出的电阻接到输出端
1，如果电平用OC(集电极开路，TTL)或OD(漏极开路，CMOS)输出，那么不用上拉电阻是不能工作的， 这个很容易理解，管子没有电源就不能输出高电平了。
2，如果输出电流比较大，输出的电平就会降低（电路中已经有了一个上拉电阻，但是电阻太大，压降太高），就可以用上拉电阻提供电流分量， 把电平“拉高”。（就是并一个电阻在IC内部的上拉电阻上，这时总电阻减小，总电流增大）。当然管子按需要工作在线性范围的上拉电阻不能太小。当然也会用这个方式来实现门电路电平的匹配。
注意事项
需要注意的是，上拉电阻太大会引起输出电平的延迟。（RC延时）
一般CMOS门电路输出不能给它悬空，都是接上拉电阻设定成高电平。
下拉电阻：和上拉电阻的原理差不多， 只是拉到GND去而已。 那样电平就会被拉低。 下拉电阻一般用于设定低电平或者是阻抗匹配(抗回波干扰)。
上拉电阻阻值的选择原则包括:
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑
以上三点,通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理。
使用原因
一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。
数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定！
一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似于一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上拉电阻，也就是说，该端口正常时为高电平；C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻。
上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的问题的。一般说法是上拉增大电流，下拉电阻是用来吸收电流。