I2C總線中上拉電阻、電源電壓、總線電容三者之間的函數(shù)關(guān)系

在我們的實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要清楚I2C的總線的兩個(gè)特征：

1、串行數(shù)據(jù)SDA和串行時(shí)鐘SCL線都是雙向線路，通過一個(gè)電流源或上拉電阻Rp 連接到正的電源電壓+VDD，當(dāng)總線空閑時(shí)這兩條線路都是高電平。連接到總線的器件輸出級(jí)必須是漏極開路或集電極開路才能執(zhí)行線與的功能。I2C 總線上數(shù)據(jù)的傳輸位速率，在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，快速模式(F/S)下可達(dá)400kbit/s，高速模式(Hs)下可達(dá)3.4Mbit /s。

2、連接到相同總線的IC數(shù)量只受到總線的最大電容400pF限制。如果總線線路的負(fù)載電容升高，位速率將逐漸下降。

總線規(guī)定使用非標(biāo)準(zhǔn)電源電壓,不遵從I2C 總線系統(tǒng)電平規(guī)定的器件，必須將輸入電平連接到有上拉電阻Rp 的VDD電壓。

其中的一些術(shù)語描述如下：

1，總線輸入電平的定義：低電平噪聲容限是0.1VDD，高電平噪聲容限是0.2VDD。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，最大值取VOLmax=0.4V，這個(gè)3mA是指定的最小下拉電流。在一定范圍內(nèi)，下拉電流越大， 驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)。Rpmin是電源電壓的函數(shù)，即電源電壓越高，Rpmin值越高。Rpmax是負(fù)載電容的函數(shù)，總線電容越大，即負(fù)載越大，Rpmax越 低。

2，總線電容是線路連接和管腳的總電容，規(guī)定總線輸入電流的最大值是10uA，同時(shí)規(guī)定了上升時(shí)間tr的最大值，由于高電平要求 0.2VDD的噪聲容限，這個(gè)輸入電流限制了Rp 的最大值?？偟母唠娖捷斎腚娏魇荝pmax的函數(shù)。在電源電壓一定時(shí)，總的高電平輸入電流越大，Rpmax越小?？偩€的負(fù)載電容和上拉電阻的值決定了信號(hào) 的上升時(shí)間tr，規(guī)定

trmax=300ns。時(shí)間常數(shù)等于源端阻抗和總線電容的乘積，上拉電阻太大會(huì)造成時(shí)間常數(shù)過大，從而使上升沿的斜率變小，增大了總線上升時(shí)間。

小結(jié)：

1、上拉電阻Rp的值由三個(gè)參數(shù)決定：電源電壓、總線電容和連接器件的數(shù)量(輸入電流+漏電流)。

2、總線電容Cb是一條總線線路連接和管腳的總，單位是pF。由于規(guī)定了上升時(shí)間，這個(gè)電容限制了上拉電阻Rp 的最大值，而電源電壓限制了上拉電阻Rp 的最小值，輸出級(jí)在VOLmax=0.4V 時(shí)指定的最小下拉電流是3mA。

如果總線線路的電容負(fù)載升高，位速率將逐漸下降，總線的電容負(fù)載是400pF 時(shí)的，允許最大位速率是1.7Mbit/s ?？偩€電容負(fù)載在100pF~400pF 時(shí)時(shí)序參數(shù)必須呈線性增加。