I2C為什么要接上拉電阻？上拉電阻阻值怎么確定？

為什么是開漏輸出?

I2C協(xié)議支持多個(gè)主設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備在一條總線上，如果不用開漏輸出，而用推挽輸出，會(huì)出現(xiàn)主設(shè)備之間短路的情況。所以總線一般會(huì)使用開漏輸出。

為什么要接上拉電阻?

接上拉電阻是因?yàn)镮2C通信需要輸出高電平的能力。一般開漏輸出無法輸出高電平，如果在漏極接上拉電阻，則可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

I2C由兩條總線SDA和SCL組成。連接到總線的器件的輸出級(jí)必須是漏極開路，都通過上拉電阻連接到電源，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)“線與”功能。當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條線路都是高電平。

上拉電阻阻值怎么確定?

一般IO端口的驅(qū)動(dòng)能力在2mA～4mA量級(jí)。

考慮到功耗問題，阻值不能過小

如果上拉阻值過小，VDD灌入端口的電流將較大，功耗會(huì)很大，導(dǎo)致端口輸出的低電平值增大(I2C協(xié)議規(guī)定，端口輸出低電平的最高允許值為0.4V)。故通常上拉電阻應(yīng)選取不低于1K的電阻(當(dāng)VDD=3V時(shí)，灌入電流不超過3mA)。

考慮到速度問題，阻值不能過大

它取決于上拉電阻和線上電容形成的RC延時(shí)，RC延時(shí)越大，波形越偏離方波趨向于正弦波，數(shù)據(jù)讀寫正確的概率就越低，所以上拉電阻不能過大。

I2C總線上的負(fù)載電容不能超過400pF。當(dāng)I2C總線上器件逐漸增多時(shí)，總線負(fù)載電容也相應(yīng)增加。當(dāng)總的負(fù)載電容大于400pF時(shí)，就不能可靠的工作。這也是I2C的局限性。 建議上拉電阻可選用1.5K，2.2K，4.7K。

I2C總線基本操作

根據(jù)I2C總線規(guī)范，總線空閑時(shí)兩根線都必須為高。假設(shè)主設(shè)備A需要啟動(dòng)I2C，他需要在SCL高電平時(shí)，將SDA由高電平轉(zhuǎn)換為低電平作為啟動(dòng)信號(hào)。

主設(shè)備A在把SDA拉高后，它需要再檢查一下SDA的電平。為什么? 因?yàn)榫€與，如果主設(shè)備A拉高SDA時(shí)，已經(jīng)有其他主設(shè)備將SDA拉低了，由于 1 & 0 = 0 那么主設(shè)備A在檢查SDA電平時(shí), 會(huì)發(fā)現(xiàn)不是高電平，而是低電平。說明其他主設(shè)備搶占總線的時(shí)間比它早，主設(shè)備A只能放棄占用總線。如果SDA是高電平，說明主設(shè)備A可以占用總線，然后主設(shè)備A將SDA拉低，開始通信。

因此，模擬I2C一定要將GPIO端口設(shè)置為開漏輸出并加上拉電阻。

審核編輯：湯梓紅