当前位置:首页 > 模拟 > 模拟
[导读]漏极开路上拉电阻取值为何不能很大或很小?如果上拉电阻值过小,Vcc灌入端口的电流(Ic)将较大,这样会导致MOS管V2(三极管)不完全导通(Ib*&beta;<Ic),有饱和状态变成放大状态,这样端口输出的低电平值增大(I2C协议规

漏极开路上拉电阻取值为何不能很大或很小?

如果上拉电阻值过小,Vcc灌入端口的电流(Ic)将较大,这样会导致MOS管V2(三极管)不完全导通(Ib*β<Ic),有饱和状态变成放大状态,这样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)

如果上拉电阻过大,加上线上的总线电容,由于RC影响,会带来上升时间的增大(下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢),而且上拉电阻过大,即引起输出阻抗的增大,当输出阻抗和负载的阻抗可以比拟的时,则输出的高电平会分压而减少。

I2C的上拉电阻可以是1.5K,2.2K,4.7K, 电阻的大小对时序有一定影响,对信号的上升时间和下降时间也有影响,一般接1.5K或2.2K

(实验:接入200K上拉电阻,结果观察到信号上升时间增大,方波变成三角波)

I2C上拉电阻确定有一个计算公式:

Rmin={Vdd(min)-o.4V}/3mA

Rmax=(T/0.874) *c, T=1us 100KHz, T=0.3us 400KHz

C是Bus capacitance

Rp最大值由总线最大容限(Cbmax)决定,Rp最小值由Vio与上拉驱动电流(最大取3mA)决定;

于是 Rpmin=5V/3mA≈1.7K(@Vio=5V)或者2.8V/3mA≈1K(@Vio=2.8V)

Rpmax的取值:参考周公的I2C总线规范中文版P33图39与P35图44

标准模式,100Kbps总线的负载最大容限<=400pF;快速模式,400Kbps总线的负载最大容限<=200pF,根据具体使用情况、目前的器件制造工艺、PCB的走线距离等因素以及标准的向下兼容性,设计中以快速模式为基础,即总线负载电容<200pF,也就是传输速度可以上到400Kbps是不成问题的。于是Rpmax可以取的范围是1.8K~7K @ Vio=5V对应50pF~200pF

根据Rpmin与Rpmax的限制范围,一般取5.1K @ Vio=5V , 负载容限的环境要求也容易达到。在2.8V系统中,console设计选3.3K,portable/handset等低供耗的设计选4.7K牺牲速度换取电池使用时间

总的来说:电源电压限制了上拉电阻的最小值 ; 负载电容(总线电容)限制了上拉电阻的最大值

补充:在I2c总线可以串连300欧姆电阻RS可以用于防止SDA和SCL线的高电压毛刺

: I2c从设备的数量受总线电容,<=400pF的限制

上拉电阻阻值的确定

由于I2C接口采用Open Drain机制,器件本身只能输出低电平,无法主动输出高电平,只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。因此I2C总线上的上拉电阻是必须的!

RP不宜过小,一般不低于1KΩ

一般IO 端口的驱动能力在2mA~4mA量级。如果RP阻值过小,VDD灌入端口的电流将较大,这样会导致MOS管不完全导通,有饱和状态变成放大状态,这样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);如果灌入端口的电流过大,还可能损坏端口。故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻(当VDD=3V时,灌入电流不超过3mA)。

RP不宜过大,一般不高于10KΩ

由于端口输出高电平是通过RP实现的,线上电平从低到高变化时,电源通过RP对线上负载电容CL充电,这需要一定的时间,即上升时间。端口信号的上升时间可近似用充电时间常数RPCL乘积表示。

信号线负载电容(对地)由多方面组成,包括器件引脚、PCB信号线、连接器等。如果信号线上挂有多个器件,负载电容也会增大。比如总线规定,对于的400kbps速率应用,信号上升时间应小于300ns;假设线上CL为20PF,可计算出对应的RP值为15KΩ。

如果RC充电时间常数过大,将使得信号上升沿变化缓慢,达不到数据传输的要求。

因此一般应用中选取的都是几KΩ量级的上拉电阻,比如都选取4K7的电阻。

小阻值的RP电阻增大了端口Sink电流,故在可能的情况下,RP取值应稍大一点,以减少耗电。另外,通产情况下,SDA,SCL两条线上的上拉电阻取值是一致的,并上拉到同一电源上。

PCB布局布线与抗干扰设计

I2C信号线属于低速控制线,在手机PCB设计时,按通常的控制IO对待即可,无需做特别的保护设计,一般不用担心受到噪声源干扰。

但在一些特定的情况下,比如折叠、滑盖机型中,I2C的两根信号线需要通过转轴或滑轨处的FPC,此时由于信号路径比较长,距离天线比较近,而且Open drain的输出级对地阻抗大,对干扰比较敏感,因此比较容易受到RF信号源的干扰。在这种情况下,就应适当注意对I2C信号线的保护。比如I2C两条信号线(SDA,SCL)等长度地平行走线,两边加地线进行保护,避免临近层出现高速信号线等。

上拉电阻应安置在OD输出端附近。当I2C总线上主从器件(Master & Slave)两端均为OD输出时,电阻放置在信号路径的中间位置。当主设备端是软件模拟时序,而从设备是OD输出时,应将电阻安置在靠近从设备的位置。

I2C协议还定义了串联在SDA、SCL线上电阻Rs。该电阻的作用是,有效抑制总线上的干扰脉冲进入从设备,提高可靠性。这个电阻的选择一般在100~200ohm左右。当然,这个电阻并不是必须的,在恶劣噪声环境中,可以选用。

比如常用的FM 接收模块或者Capsense触摸感应功能块,都是通过I2C接口控制的。I2C接口信号从处理器出发,经过PCB上的信号路径,进入上述电路单元。I2C信号线上载有一定干扰,这种干扰虽然幅度并不很大,但还是会影响敏感的FM接收模块或Capsense触摸感应功能块。此时,可以通过在靠近FM模块或触摸感应模块的I2C信号线上串接Rs电阻,即可有效降低干扰的影响。此外,上拉电阻端的电源也要进行退耦处理。

软件模拟I2C时序

由于一般的I2C应用速率并不高(400kbps),使用处理器的IO口模拟I2C波形,完全可以胜任(处理器一般担任Master,占有I2C通信的控制权,无需担心随机的I2C通信服务中断其他任务的执行)。

处理器分配给I2C任务的IO口,要求可以输出高低电平,还能配置为输入端口。处理器根据总线规范以及从设备的时序要求,利用2条IO信号线,模拟I2C接口时序波形,进行I2C通信。

处理器发送数据时,通过IO口输出高电平,上升时间基本与外部上来电阻阻值无关,且比用外部上拉电阻上拉到高电平快很多。处理器在接受数据时,即便上拉电阻阻值选的大一些,从设备输出数据的波形上升沿缓慢,但由于处理器使用软件采样的而非硬件采样,因此,对数据传输的结果并不影响。也就是说,使用IO口模拟I2C时序时,上拉电阻阻值可以适当选的大一些。

需要指出的是,使用软件模拟最多只能完成单Master的应用,对于多Master应用,由于需要进行总线控制权的仲裁管理,使用软件模拟的方法很难完成。

I2C总线空闲的时候,两条信号线应该维持高电平。否则,上拉电阻上会有耗电。特别是在上电过程中,IO线上电平也应保持在高电平状态。也就是说:当Master的I2C使用的是IO软件模拟时,一定要保证该两个IO上电默认均为输入(或高阻)或者输出高电平,切不可默认为输出低电平。IO默认为输入时,可以通过外部上拉电阻将I2C信号线拉至高电平

I2C应用中上拉电阻电源问题

在部中分应用中,还存在主从设备以及上拉电阻电源不一致的情况,比如Camera模组。在很多设计方案中,Camera模组不工作时,并不是进入Power Down模式,而是直接关闭模组供电VDDS。此时,处理器与模组相互连接的所有信号线都应该进入高阻态,否则就会有电流漏入模组;而对于此时的I2C控制信号线来说,由于上拉电阻的存在,必须关断上拉电阻电源VDDP。如果上拉电阻使用的是系统电源VDDM(VDDP=VDDM),无法关闭,就会有漏电流进入模组;因此这种情况下,应该使用VDDS作为上拉电阻电源(VDDP=VDDS),这样上拉电阻电源与Slave电源即可同时关闭,切断了漏电路径。

另外需要注意的是,在上述应用实例中选择的IO,应该选取上电默认为输入(或高阻)才行。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

传感器的DATA口需要接4.7K的上拉电阻。上拉电阻的作用是在单片机不进行输出以及传感器待机时,使得DATA口为高电平,当总线闲置时, 其状态为高电平。

关键字: dht11 温湿度传感器 上拉电阻

随着科技与应用的不断进步,信号线已由金属载体发展为其它载体,如光缆等。不同用途的信号线往往有不同的行业标准,以便于规范化生产与应用。

关键字: 信号线 光缆 光信号

南京2023年9月16日 /美通社/ -- 今日,由中国 "双一流"建设高校南京医科大学、全球基因测序和芯片技术的领导者因美纳与"Nature Research Custom Media&q...

关键字: IO BSP GO OV

香港2023年9月5日 /美通社/ -- 狮子集团控股有限公司(Lion Group Holding Ltd.)("狮子集团"或"该集团")(纳斯达克股票代码:LGHL),是一家为...

关键字: PHOENIX LG AI技术 IO

深圳2023年9月5日 /美通社/ -- 9月4日,《财经网》发布了微众银行等数字金融的相关报道,以下为报道全文: 中国经济的新周期悄然而至,面对"工具"爆发、"边界"消失、服务...

关键字: 数字化 IO AN 分布式

北京2023年9月5日 /美通社/ -- 浪潮云海在2023年5月正式发布新一代InCloud Rail G7系列超融合一体机,其内置的InCloud dSAN超融合存储组件,基于新一代的硬件平台设计,支持全栈RDMA协...

关键字: IO 读写 软件 测试

(全球TMT2023年8月29日讯)环旭电子推出了为应对数据时代挑战而优化的边缘计算解决方案。环旭电子致力于开发灵活的边缘计算服务器,与传统服务器设计不同,环旭电子重新定义传统服务器的一体式,创新之处在于其一分为二的模...

关键字: 电子 边缘计算 5G IO

(全球TMT2023年8月28日讯)激光雷达解决方案提供商Innovusion图达通与面向长途干线物流市场的智能驾驶领跑者千挂科技联合宣布,双方正式达成战略合作。未来,Innovusion的图像级超远距激光雷达将融入千...

关键字: 激光雷达 自动驾驶 OV IO

纽约布鲁克林, Aug. 25, 2023 (GLOBE NEWSWIRE) -- 作为字幕技术和基础设施的领军提供商,AI-Media 自豪地推出其突破性的 AI 驱动 LEXI 字幕工具包。这一全面的自动字幕解决方案...

关键字: AI MEDIA TV IO

北京2023年8月25日 /美通社/ -- 全球领先的激光雷达解决方案提供商Innovusion图达通与面向长途干线物流市场的智能驾驶领跑者千挂科技联合宣布,双方正式达成战略合作。未来,Innovusion的图像级超远距...

关键字: SI IO OV 智能驾驶
关闭
关闭