2 上拉电阻计算

强上拉（小电阻器）可防止 IC 上的 I2C 引脚驱动为低电平。可以由 IC 的输入缓冲器读取为有效逻辑低电平的 V_OL 电平决定了最小上拉电阻 [R_P(min)]。R_P(min) 是 V_CC、V_OL (max) 和 I_OL 的函数：

方程式 1.

R_{P} (min) = \frac{(V_{CC} - V_{OL} (max))}{I_{OL}}

由于 I2C 标准的上升时间规格，最大上拉电阻受总线电容 (C_b) 限制。如果上拉电阻值过大，I2C 线路可能在未被拉低之前无法上升到逻辑高电平。RC 电路从时间 t = 0 开始对振幅为 V_CC 的电压阶跃的响应是由时间常数 RC 来表征。电压波形可表示为：

方程式 2.

V (t) = V_{CC} \times (1 - e^{\frac{- t}{R C}})

对于 V_IH = 0.7 × V_CC：

方程式 3.

V_{IH} = 0.7 \times V_{CC} = V_{CC} \times (1 - e^{\frac{- t 1}{R P \times O_{D}}})

对于 V_IL = 0.3 × V_CC：

方程式 4.

V_{IL} = 0.3 \times V_{CC} = V_{CC} \times (1 - e^{\frac{- t 2}{R_{P} \times C_{b}}})

I2C 总线的上升时间可表示为：

方程式 5.

t_{r} = t_{2} - t_{1} = 0.8473 \times R_{p} \times C_{b}

最大上拉电阻是最大上升时间 (t_r) 的函数：

方程式 6.

R_{p} (max) = \frac{t_{r}}{(0.8473 \times C_{b})}

表 2-1 中列出了 I2C 规范中的参数。

表 2-1 I2C 规范中的参数

参数		标准模式（最大值）	快速模式（最大值）	快速+ 模式（最大值）	单位
t_r	SDA 和 SCL 信号的上升时间	1000	300	120	ns
C_b	每个总线的容性负载	400	400	550	pF
V_OL	低电平输出电压（3mA 灌电流，V_CC > 2V）	0.4	0.4	0.4	V
V_OL	低电平输出电压（2mA 灌电流，V_CC ≤ 2V）	–	0.2 × V_CC	0.2 × V_CC	V

R_P (min) 在图 2-1 中绘制为 V_CC 的函数。在标准模式和快速模式 I2C，R_P (max) 与 C_b 的函数关系图如图 2-2 所示。

图 2-1 最小上拉电阻 [R_p (min)] 与上拉基准电压 (V_CC) 间的关系

图 2-2 最大上拉电阻 [R_p (max)] 与总线电容 (C_b) 间的关系