STM32中I2C上拉电阻阻值的确定

相信不少设计者在进行学习时，都是从较为简单且经典的器件或电路开始着手，STM32就恰恰符合这一特点，因此不少新手在进行单片机学习时都是先从STM32开始。在本文中，小编将为大家介绍在STM32中的I2C上拉电阻的选择问题。

从设计过程中我们可以发现，I2C的上拉电阻通常为1.5K、2.2K、4.7K，然而电阻的大小对时序有一定影响，对信号的上升时间和下降时间也有影响，所以一般接1.5K或2.2K。

上拉电阻阻值的确定

由于I2C接口采用OpenDrain机制，器件本身只能输出低电平，无法主动输出高电平，只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。因此I2C总线上的上拉电阻是必须的。

RP不宜过小，一般不低于1KΩ：一般IO端口的驱动能力在2mA～4mA量级。如果RP阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，这导致端口输出的低电平值增大（I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V）。如果灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。故通常上拉电阻应选取不低于1KΩ的电阻（当VDD=3V时，灌入电流不超过3mA）。

RP不宜过大，一般不高于10KΩ：由于端口输出高电平是通过RP实现的，线上电平从低到高变化时，电源通过RP对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间。端口信号的上升时间可近似用充电时间常数RPCL乘积表示。信号线负载电容（对地）由多方面组成，包括器件引脚、PCB信号线、连接器等。如果信号线上挂有多个器件，负载电容也会增大。比如总线规定，对于的400kbps速率应用，信号上升时间应小于300ns。假设线上CL为20PF，可计算出对应的RP值为15KΩ。如果RC充电时间常数过大，将使得信号上升沿变化缓慢，达不到数据传输的要求。因此一般应用中选取的都是几KΩ量级的上拉电阻，比如都选取4K7的电阻。

I2C上拉电阻计算公式

Rmin={Vdd（min）-o.4V}/3mA

Rmax=（T/0.874）*c，T=1us100KHz，T=0.3us400KHz。（C是Buscapacitance）

上拉电阻Rp最大值由总线最大容限（Cbmax）决定，Rp最小值由上拉电源Vio与上拉驱动电流（最大取3mA）决定。于是Rpmin=5V/3mA≈1.7K（@Vio=5V）或者2.8V/3mA≈1K（@Vio=2.8V）。

Rpmax的取值：参考周立功的I2C总线规范中文版来说，标准模式下100Kbps总线的负载最大容限<=400pF。快速模式下400Kbps总线的负载最大容限<=200pF，根据具体使用情况、目前的器件制造工艺、PCB的走线距离等因素以及标准的向下兼容性，设计中以快速模式为基础，即总线负载电容<200pF，也就是传输速度可以上到400Kbps是不成问题的。于是Rpmax可以取的范围是1.8K~7K@Vio=5V对应50pF~200pF。根据Rpmin与Rpmax的限制范围，一般取5.1K@Vio=5V，负载容限的环境要求也容易达到。在2.8V系统中，console设计选3.3K，portable/handset等低供耗的设计选4.7K牺牲速度换取电池使用时间。

总的来说：电源电压限制了上拉电阻的最小值。负载电容（总线电容）限制了上拉电阻的最大值。补充一点，在I2c总线可以串连300欧姆电阻RS可以用于防止SDA和SCL线的高电压毛刺。

本文从阻值的计算与确定等方面，来对STM32中的I2C上拉电阻问题进行了讲解，并给出了I2C上拉电阻的计算公式。对于STM32和上拉电阻之间存在疑惑的朋友不妨花上几分钟来阅读本文，相信一定会有意想不到的收获。