I2C上拉电阻如何选择合适的阻值？

I2C总线是微电子通信控制领域中常用的一种总线标准，具备接线少，控制简单，速率高等优点。在I2C电路中常见的上拉电阻有1k、1.5k、2.2k、4.7k、5.1k、10k等等，但是应该如何根据开发要求选择合适的阻值呢?下图为I2C内部结构

假设SDA输出低电平时，即MOS管导通。那么，可以求出上拉电阻R的阻值

上拉电阻：

VOL定义为在漏极开路或集电极开路时，有3mA下拉电流时的低电平输出电压。IOL就是该端口的灌电流，即IOL=3mA。由上式可得，当VDD不变， VOL取最大值时，上拉电阻有最小值。

根据I2C协议，端口输出低电平的最高允许电压是0.4V。

So，式1可以改为：

由式2可以得出：电源电压决定了上拉电阻的最小值。因此，当VDD=5V时，最小上拉电阻约为1.5k;当VDD=3V3时，约为1k。

由于I2C总线端口的高电平是通过上拉电阻实现，线上的电平从低变高时，电源通过上拉电阻对线上负载电容CL充电，这需要一定的上升时间。

电容充电一般公式：

整理可得：

I2C规范将低于VIL或0.3VDD的电压定义为逻辑低电平，同样将高于VIH或0.7VDD的电压定义为逻辑高电平，由式4可以求得：

由式5可判断，当Tr取最大值，CL取最小值时，R有最大值。

由于不同模式下，上升沿的最大时间及总线负载最大容限要求不同，标准模式、快速模式、高速模式分别是：1000ns/400pF、300ns/400pF、120ns/550pF。

以快速模式下，负载电容50pF为例，则有：

结论：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。

审核编辑：汤梓红