I2C總線上的上拉電阻的解析

首先我們來聊聊，為啥I2C總線的SCL,SDA需要接上拉電阻？這個電阻有啥作用？選多大的電阻合適？

1）上拉電阻的作用

我們看I2C的內部框架可以知道，I2C是開漏輸出的，I2C總線協議支持多主多從，若不是開漏輸出的話，可能會出現別的問題，比如若使用推挽輸出，會出現主設備之間短路的情況，所以一般總線會用開漏輸出。開漏輸出的話，若想實現輸出高電平，就必須接上拉電阻來實現，通過上拉電阻接到電源，可實現"線與"功能，且總線空閑時，SCL,SDA這兩條線可以高電平。電路大概如下：

2）阻值的選擇

我們都知道一般IO口的驅動能力一般在2mA~4mA左右，若阻值太小，電源VCC灌入端口的電流較大，功耗會較大，導致端口輸出的低電平值增大;而實際I2C協議規定，端口輸出的低電平不能大于0.4V。若VCC=3.3V，灌入電流約3mA左右時，上拉電阻要選擇≥1KΩ的電阻。但是阻值不能選太大，若電阻過大，可能導致RC延時增大，波形會偏離方波，甚至會偏向正弦波，數據讀寫可能會不正確，且會影響讀寫的速度。一般上拉電阻選用1.5K~4.7K。

3）I2C總線負載電容

I2C總線協議規定負載電容不能超過400pF;當I2C總線上器件增多時，總線的負載電容也會越來越大，，當總線的負載電容超過400pf時，可能會出現工作異常。

I2C總線工作的基本原理：當總線空閑時兩根線均為高電平，假設主設備B需要啟動I2C，它需要在SCL為高電平時，將SDA由高轉低時作為啟動信號，主設備B拉高SDA后需要檢查下SDA電平，因線與，可能有其他設備拉低SDA，說明有其他設備搶占總線比它早，主設備B只能放棄使用總線，若SDA為高電平，說明主設備B可以使用總線，可以將SDA拉低來進行通信。