I2C总线为什么要接上拉电阻

I2C总线为什么要接上拉电阻

I2C为什么要接上拉电阻？因为它是开漏输出。

开漏输出

为什么是开漏输出？

I2C协议支持多个主设备与多个从设备在一条总线上，如果不用开漏输出，而用推挽输出，会出现主设备之间短路的情况，所以总线一般会使用开漏输出。

上拉电阻

1、为什么要接上拉电阻？

接上拉电阻是因为I2C通信需要输出高电平的能力。一般开漏输出无法输出高电平，如果在漏极接上拉电阻，则可以进行电平转换。

I2C由两条总线SDA和SCL组成。连接到总线的器件的输出级必须是漏极开路，都通过上拉电阻连接到电源，这样才能够实现“线与”功能。当总线空闲时，这两条线路都是高电平。

2、上拉电阻阻值怎么确定？

一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级。

阻值不能过小。
功耗问题。如果上拉阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，功耗会很大，导致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)。故通常上拉电阻应选取不低于1K的电阻（当VDD＝3V时，灌入电流不超过3mA）。

阻值不能过大。
速度问题。它取决于上拉电阻和线上电容形成的RC延时，RC延时越大，波形越偏离方波趋向于正弦波，数据读写正确的概率就越低，所以上拉电阻不能过大。

I2C总线上的负载电容不能超过400pF。当I2C总线上器件逐渐增多时，总线负载电容也相应增加。当总的负载电容大于400pF时，就不能可靠的工作。这也是I2C的局限性。

建议上拉电阻可选用1.5K，2.2K，4.7K。

I2C总线基本操作

根据I2C总线规范，总线空闲时两根线都必须为高。假设主设备A需要启动I2C，他需要在SCL高电平时，将SDA由高电平转换为低电平作为启动信号。

主设备A在把SDA拉高后，它需要再检查一下SDA的电平。为什么? 因为线与，如果主设备A拉高SDA时，已经有其他主设备将SDA拉低了，由于 1 & 0 = 0 那么主设备A在检查SDA电平时, 会发现不是高电平，而是低电平。说明其他主设备抢占总线的时间比它早，主设备A只能放弃占用总线。如果SDA是高电平，说明主设备A可以占用总线，然后主设备A将SDA拉低，开始通信。

因此，模拟I2C一定要将GPIO端口设置为开漏输出并加上拉电阻。

相关问题

1、I2C信号的上拉电阻一般是多少？如果要求上拉4.7K，实际上拉了10K，或者要求上拉10K，实际上拉了4.7K，会有什么影响吗？

I2C信号的上拉电阻一般推荐的值在1kΩ到10kΩ之间。对于标准速率为100kHz的I2C通信，通常选择4.7kΩ或10kΩ是比较合适的。

如果要求上拉4.7KΩ，实际上拉了10KΩ，或者要求上拉10KΩ，实际上拉了4.7KΩ，会有以下影响：

• 上拉电阻过大：如果上拉电阻过大，会导致信号的上升时间变长，因为RC充电时间常数（即上拉电阻与总线电容的乘积）变大，使得信号从低电平到高电平的变化变慢。这可能会导致信号上升沿变化缓慢，达不到数据传输的要求，特别是在高速通信模式下。此外，上拉电阻过大还可能导致输出阻抗增大，影响输出高电平的稳定性。

• 上拉电阻过小：如果上拉电阻过小，可能会导致VDD灌入端口的电流较大，这可能导致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），并且如果电流过大，还可能损坏端口。

因此，选择适当的上拉电阻对于保证I2C总线的稳定性和通信质量至关重要。在实际应用中，应根据总线电压、通信速率、总线长度、系统噪声、电源电压波动以及功耗考量等因素进行综合考虑，以选择最适合的阻值。

2、I2C都在主芯片端上拉，但是上拉电阻不一样，一个10K上拉，一个4.7K上拉，一个1.8K上拉，有什么影响吗？

电阻越大，电流越小，驱动能力越小；电阻越小，电流越大，驱动能力越大。

一般都用4.7K上拉。