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IIC信号为什么要加上拉电阻 原创
2022-12-18 22:07:21
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小鱼教你模数电
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IIC是一个两线串行通信总线,包含一个SCL信号和SDA信号,SCL是时钟信号,从主设备发出,SDA是数据信号,是一个双向的,设备发送数据和接收数据都是通过SDA信号。
在设计IIC信号电路的时候我们会在SCL和SDA上加一个上拉电阻
今天就来分享下,为什么要在IIC信号线上加上拉电阻。
主要原因就是IIC芯片的SDA和SCL的引脚是开漏输出,就是只有一个NMOS管,不像推挽输出有两个MOS管。
当芯片SDA和SCL的引脚输出MOS管导通,IIC信号线电平为低电平
当芯片SDA和SCL的引脚输出MOS管关闭,如果没有上拉电阻,IIC信号线是处于一个高阻状态,电平是未知的,开漏输出是没有高电平的输出能力的。
所以加上上拉电阻后,当芯片SDA和SCL的引脚输出MOS管关闭,IIC信号线上的电平就是一个确切的高电平。
当多个IIC设备通过IIC总线接在一起,这就要求IIC设备间可以实现线与,而芯片的IIC引脚是开漏输出的话就能很好的实现这个线与。只要有一个IIC设备的引脚电平是低电平,那么相应的SCL或SDA总线也会成为一个低电平。 如果IIC设备引脚为推挽输出,多个IIC设备接在一条总线上很容易烧坏芯片。
IIC上拉电阻的取值
IIC信号的上拉电阻阻值不能太大,因为IIC芯片SCL和SDA引脚都存在寄生电容,同时SDA和SCL信号的走线也会有寄生电容,整个IIC总线上相当于接了一个负载电容Cl
上拉电阻过大,IIC总线高电平的驱动能力差,总线电平从0到1变化时,等效为这个RC的充电电路,上拉电阻越大,波形上升沿会变缓,一定程度会影响IIC的时序,可能会出现误码。所以这个上拉电阻不能太大。
IIC SDA和SCL信号的上升时间和总线电容在不同的模式下有不同的要求,大家可以看下这个表
IIC总线信号上升时间可以根据公式Tr=08473RCl Cl就是IIC总线的等效负载电容
IIC信号上拉电阻也不能太小,如果太小了,当IIC引脚输出低电平时,灌进芯片IIC 引脚的电流会变大,可能会使IIC信号线的低电平变大,同时IO口电流过大还可能烧坏芯片。
我们一般要求,IIC引脚低电平时,流过芯片IIC引脚的电流小于3mA,所以如果是33V上拉的话,这个电阻就要R>(33-VoL)l3KΩ=096KΩ ,其中VoL是IIC引脚为低电平时的最大电压,一般是04V。再加上前面的这个公式我们就可以确定这个上拉电阻的取值范围
电源电压决定上拉电阻的最小值,总线负载电容决定上拉电阻的最大值。
IIC信号上拉电阻取值常用的值就是47K,一般小于10K,大于1K,如果IIC总线比较长,从设备比较多,可以适当降低电阻。
如果IIC总线接了很多IIC设备,是不是每个IIC设备都要加上拉电阻?
答案是否定的,我们只要在SDA和SCL总线上合适的位置各加一个上拉电阻即可,如果每个设备都加上拉,相当于这些电阻是并联在一起了,减小了电阻值。至于上拉电阻的位置一般没有特别的要求。一般加在IIC的末端。
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资料来源:前瞻产业研究院整理
以上数据来源及分析请参考于前瞻产业研究院发布的《中国云计算产业发展前景与投资战略规划分析报告》,同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。
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