I2C电路上拉电阻选1K还是10K？如何计算？1200字手把手教你搞定它

Part 01、前言

I2C通信电路是嵌入式设计中的“常客”，在各种产品比如家电，工控，医疗器械等产品的板内通信中I2C总能派上用场。但设计I2C电路时，上拉电阻Rp的选择却是个让人头疼的问题：选小了不行，选大了也不行。今天咱们就来聊聊I2C上拉电阻的计算方法吧。

Part 02、为啥I2C需要上拉电阻？

I2C是一种开漏Open-Drain通信协议，SDA和SCL线上的信号只能被拉低（输出0V），而拉高（输出1）全靠上拉电阻Rp。

工作原理：

没有信号时，上拉电阻把线路拉到高电平（接近Vcc）。

IC需要输出0时，会通过内部的MOSFET把线路拉低到接近0V。

上拉电阻的作用：

电阻决定了线路从低电平到高电平的上升速度，同时也影响功耗。选的值不对，要么通信慢得像“乌龟爬”，要么功耗高得像“电老虎”。

那上拉电阻的阻值如何确定呢？

Part 03、上拉电阻计算

我们需要计算上拉电阻的最小值Rp(min）和最大值Rp(max)，咱们一步步分析。

最小值 Rp(min)计算

如果上拉电阻太小，电流会太大，IC可能拉不下来低电平，导致通信失败。最小电阻由以下公式决定：

Vcc:电源电压

VoL(max):IC能输出的最大低电平电压（I2C标准要求逻辑低电平低于 0.3×Vcc)

IoL:IC拉低时的灌电流能力(Sink Current)

举个例子，Vcc = 3.3V，VoL(max)=0.4V，IoL=3mA，

所以，上拉电阻不能小于966.67Ω，不然IC拉低电平会“力不从心”，逻辑0 可能变成“半吊子”，通信直接崩。

最大值 Rp(max)计算

如果上拉电阻太大，线路的上升时间会变长，达不到I2C标准的上升时间要求（Rise Time），导致通信失败。最大电阻由以下公式决定：

tr:I2C标准的最大上升时间

Cb:总线电容（包括线路电容和IC的引I脚电容）

0.8473：RC电路上升时间的常数（从0.3×Vcc到0.7×Vcc的时间系数）

举个例子，如果tr=300 ns，Cb = 200pF

所以，上拉电阻不能大于1770Ω，不然信号上升太慢，I2C主设备可能还没等到高电平就“等不及了”，通信又崩。

上拉电阻的范围算出来了（966.67Ω到1770Ω），但具体选多大，还得看速度和功耗的平衡。小电阻（接近Rp(min)），优点是上升时间短，通信速度快。缺点是电流大，功耗高。比如用1kΩ，上升时间：

速度很快，但平均电流（信号频繁切换时）：

功耗

大电阻（接近 Rp(max)），优点是电流小，功耗低。缺点是上升时间长，速度慢。比如用1.5kΩ，上升时间：

速度慢了点，但功耗：

Part 04、注意事项

1.总线线电容Cb要估准：

Cb包括PCB走线电容（每厘米约1-2pF）、IC引脚电容（通常5-10pF/个）。比如10cm走线+2个IC，Cb ≈ 20 + 2 × 10 = 40 pF。实际设计时留点余量，测一下最好。

2.Vcc变化的影响:

Vcc不是稳定的，而是波动的，比如不是3.3V，而是2.9-3.5V之间，Rp(min)会变化，重新算一下。

3.环境温度：

高温下IC的IoL可能变小，Rp(min)会变大，注意评估。

4.多设备场景：

多个IC挂在I2C 总线上，电容Cb会增加，Rp(max)变小，重新算一下范围。

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