关于SCL和SDA线上的上拉电阻的阻值大小如何选择

依据端口驱动能力与功耗

一般 IO 口驱动能力在 2mA-4mA 左右13。若上拉电阻阻值太小,电源 VCC 灌入端口的电流较大,会导致功耗增加,且端口输出的低电平值可能超出 I2C 协议规定的 0.4V。以 VCC=3.3V 为例,若灌入电流约 3mA 左右时,上拉电阻要选择≥1KΩ1。

结合 I2C 总线速度模式

  • 标准模式(100KHz):对上升沿时间要求相对宽松,上拉电阻阻值可在较大范围内选择,一般可选 2.2KΩ-10KΩ。
  • 快速模式(400KHz):要求上升沿时间较短,通常建议上拉电阻取值在 1KΩ-4.7KΩ。
  • 高速模式及以上(如 1MHz、3.4MHz、5MHz):对上升沿时间要求更严格,上拉电阻阻值一般在 1KΩ-2.2KΩ,以保证信号能快速上升和下降,满足高速通信要求。

参照器件特性与电路需求

不同的 I2C 设备对电压、电流等参数要求有差异,要查看器件数据手册,明确其对 SCL 和 SDA 线上上拉电阻的要求。如某些低功耗设备,为降低功耗,需选择较大阻值的上拉电阻;若电路中存在较多干扰,为提高信号稳定性,可能需适当减小上拉电阻阻值,增强抗干扰能力。

实际应用中,还可通过实验调试确定上拉电阻阻值。先选取常用阻值如 1.5KΩ、2.2KΩ、4.7KΩ 等进行测试,观察 I2C 通信是否稳定、数据传输是否准确等,再根据测试结果调整优化

备注:关于每个设备接入 SCL、SDA 是否都需要进行上拉?

在 I2C 总线中,通常不需要每个设备接入 SCL、SDA 都进行上拉。一般是在 I2C 总线的主设备与从设备之间的 SCL 和 SDA 总线上,靠近主设备电源端连接一个上拉电阻即可,原因如下:

  • 总线电平统一管理:I2C 总线采用开漏输出结构,需要上拉电阻将总线电平拉高到高电平状态,以保证总线在空闲时处于高电平。一个上拉电阻就可以为整个总线提供统一的高电平参考,确保所有设备在总线上能正确识别空闲状态和数据逻辑。
  • 避免电平冲突:如果每个设备都接上拉电阻,可能会导致多个上拉电阻之间产生电平冲突,影响总线信号的正常传输。而且多个上拉电阻并联会使总线上拉能力增强,可能导致信号上升沿过快,超过 I2C 总线标准规定的上升沿时间要求,从而影响通信稳定性。
  • 简化电路设计:总线上只需连接一个上拉电阻,可简化电路设计,减少电路板上的元件数量,降低成本和电路复杂度。

不过,在一些特殊情况下,如总线上的设备距离较远、总线负载较大或存在信号干扰等,可能需要在某些从设备端也增加上拉电阻,以增强信号的驱动能力和稳定性,但这需要根据具体的电路情况和实验结果来确定,并且要注意上拉电阻的阻值匹配,避免出现电平冲突等问题。

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