I2C的总线电容 总线的最大电容 400pF限制

在手机原理设计中，经常中断上拉电阻，GPIO控制，I2C在信号方面，本文希望通过实例分析加深对上拉电阻的理解。如有错误，请提出。

中断，GPIO,I2C等一般都是OC或者OD当芯片内部没有上拉电阻时，外部必须增加上拉电阻才能输出高电平。一般I/O2~4端驱动能力mA量级，OC或者OD门的导通电压为0.4V左右，手机上拉电阻上的电压一般为2.8V，上拉电阻的最小值不得低于800R（2.8-0.4V/3mA=0.8K），5V电压不得低于1.5K(5-0.4V/3mA=1.5K)。中断和GPIO信号本身，只需要产生一个高电平，不需要驱动设备，上拉电阻可以更大，降低功耗，但必须注意上拉电阻不能太大，否则会和解PCB负载电容如接线、设备等影响信号上升时间。经验值一般为4.7~100K之间。

I2C上拉电阻值计算：

I2C接口一般为OD机制，同样需要加上拉电阻才能输出高电平。上拉电阻的最小值须符合上文。下面计算下上拉电阻的最大值。

I2C总线图

I2C总线的传输速率分为标准模式(100Kbit/s）和快速模式(400Kbit/s），负载的最大容量是400pF和200pF，根据I2C上拉电阻的最大值受总线电容的限制。

从下图可以看出上拉电阻的值(Rs是I2C设备串联在I2C总线上的电阻可以防止SDA和SCL的高电压毛刺波，例如电视的显像管击穿产生的高压毛刺)

从上图可以看出，上拉电阻的最小值由上拉电源决定，最大值由总线电容决定。

最大值网上有一个计算公式，Rmax=T/0.874*C，C=200pF时，T=1us；C=400pF时，T=0.3us。但是根据这个公式计算的值不是很正确，除了常数0.874是怎么来的？请懂得指教。手机等低功耗设备一般选择4.7K

（1）

总线电容Cb是总线连接和管脚的总线，单位是pF。该电容限制了上拉电阻，因为它规定了上升时间Rp 的最大值，而电源电压限制了上拉电阻Rp 最小值，输出级VOLmax=0.4V 指定的最小下拉电流为3mA。
如果总线的电容负荷增加，位率将逐渐下降，总线的电容负荷为400pF 允许最大位速率为1.7Mbit/s 。总线电容负荷为1000pF~400pF 时序参数必须线性增加。

（2）

在我们的实际设计中，需要清楚I2C总线的两个特点：
1、串行数据SDA和串行时钟SCL通过电流源或上拉电流源或上拉电阻Rp连接到正电源电压 VDD，当总线空闲时，这两条线路都是高电平的。连接到总线的器件输出级必须是漏极开路或集电极开路才能执行线与的功能。I2C 在标准模式下，总线数据的传输位率可达100kbit/s，快速模式(F/S)下可达400kbit/s，高速模式(Hs)下可达3.4Mbit/s。
2.连接到同一总线的IC总线最大电容量仅为400pF限制。若总线负载电容升高，位速将逐渐下降。
非标准电源电压不符合总线规定I2C 总线系统电平规定的设备必须将输入电平连接到上拉电阻Rp 的VDD电压。

1，总线输入电平的定义：低电平噪声容限是0.1VDD，高电平噪声容量为0.2VDD。VOL将漏极开路或集电极开路定义为3mA低电平输出电压在下拉电流最大值VOLmax=0.4V，这个3mA是指定的最小下拉电流。在一定范围内，下拉电流越大，驱动能力越强。Rpmin是电源电压的函数，即电源电压越高，Rpmin值越高。Rpmax总线电容越大，负载越大，Rpmax越低。
2.总线电容是线路连接和管脚的总电容，规定总线输入电流的最大值为10uA，同时规定了上升时间tr由于高电平要求0的最大值.2VDD该输入电流限制了噪声容量Rp 的最大值。总高电平输入电流是Rpmax的函数。当电源电压一定时，总高电平输入电流越大，Rpmax越小。总线的负载电容和上拉电阻的值决定了信号的上升时间tr，规定
trmax=300ns。creasy是的：时间常数等于源阻抗和总线电容的乘积。上拉电阻过大会导致时间常数过大，从而降低上升边缘的斜率，增加总线的上升时间。

总结:上拉电阻Rp电源电压、总线电容和连接器件的数量由三个参数决定 漏电流）。