I2C總線是微電子通信控制領(lǐng)域中常用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，具備接線少，控制簡單，速率高等優(yōu)點(diǎn)。在I2C電路中常見的上拉電阻有1k、1.5k、2.2k、4.7k、5.1k、10k等等，但是應(yīng)該如何根據(jù)開發(fā)要求選擇合適的阻值呢?下圖為I2C內(nèi)部結(jié)構(gòu)

假設(shè)SDA輸出低電平時(shí)，即MOS管導(dǎo)通。那么，可以求出上拉電阻R的阻值

上拉電阻：

VOL定義為在漏極開路或集電極開路時(shí)，有3mA下拉電流時(shí)的低電平輸出電壓。IOL就是該端口的灌電流，即IOL=3mA。由上式可得，當(dāng)VDD不變， VOL取最大值時(shí)，上拉電阻有最小值。

根據(jù)I2C協(xié)議，端口輸出低電平的最高允許電壓是0.4V。

So，式1可以改為：

由式2可以得出：電源電壓決定了上拉電阻的最小值。因此，當(dāng)VDD=5V時(shí)，最小上拉電阻約為1.5k;當(dāng)VDD=3V3時(shí)，約為1k。

由于I2C總線端口的高電平是通過上拉電阻實(shí)現(xiàn)，線上的電平從低變高時(shí)，電源通過上拉電阻對(duì)線上負(fù)載電容CL充電，這需要一定的上升時(shí)間。

電容充電一般公式：

整理可得：

I2C規(guī)范將低于VIL或0.3VDD的電壓定義為邏輯低電平，同樣將高于VIH或0.7VDD的電壓定義為邏輯高電平，由式4可以求得：

由式5可判斷，當(dāng)Tr取最大值，CL取最小值時(shí)，R有最大值。

由于不同模式下，上升沿的最大時(shí)間及總線負(fù)載最大容限要求不同，標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式、高速模式分別是：1000ns/400pF、300ns/400pF、120ns/550pF。

以快速模式下，負(fù)載電容50pF為例，則有：

結(jié)論：電源電壓決定上拉電阻的最小值，總線負(fù)載電容決定上拉電阻的最大值。

審核編輯：湯梓紅