I2C 是嵌入式系統中流行的通信協議。 當與slave連接時，每條雙向線上都需要一個上拉電阻。
出現的一個常見問題是“我應該使用多大尺寸的上拉電阻？”。
我認為，與其進行大量理論和計算，不如更容易地展示使用不同電阻值時信號會發生什麼情況。
由於 Arduino 是愛好者中流行的微控制器，我們將在以下示例中使用它。 我們將 Arduino 連接到 DS3231 實時時鐘，這是一個 5 伏設備。 我們還將研究不同速度的 I2C（100 和 400kHz 時鐘信號）對信號的影響。 我們將設置示波器來測量上升時間、頻率和峰值電壓。 頻率？ 為什麼我們要測量頻率，我以為時鐘頻率運行在 100kHz...好吧，讓我們看看示波器怎麼說。
由於 SDA（數據）和 SCL（時鐘）線的電容大致相同，因此我們僅改變 SCL 線上的電阻，並在 SDA 線上保留標準 4.7k 歐姆電阻。
在示波器上分析重複時鐘信號比分析數據模式更容易。 讓我們僅使用 Arduino 的內部上拉電阻來進行初步讀數。
無論如何，讓我們禁用 Arduino 的內部上拉電阻並安裝我們自己的上拉電阻，看看它們如何影響信號。 我們將從 68k 歐姆電阻開始，然後是 47k、33k、10k、6.8k、4.7k、3.3k、2.2k，最後是 1.5k。
正如您在圖 2 中看到的，信號最終呈現出我們希望看到的方形形狀。 請注意測量的頻率如何接近我們所需的 33k 和 10k 歐姆之間的時鐘頻率。 您還可以看到上升時間如何隨著電阻的減小而減少。 正如您所看到的，4.7k 產生了一個漂亮的信號，上升時間約為 1 微秒。 您會發現 4.7k 是許多單從設備設置中使用的非常常見的電阻。 當然，當您向線路中添加越來越多的設備時，總線電容將會增加，這意味著如果您想保持信號完整性，則必須開始降低電阻 (t = RC)。 每個設計都是獨一無二的，並且無法保證數據表中引用的電容，因此最好的做法是查看示波器上的信號。 那麼為什麼不直接使用一個非常低的電阻來開始，這不應該減少上升時間以給我們盡可能的方波信號嗎？ 嗯，是的，也不是。 I2C 標准設置了一些需要遵循的限制； 幸運的是，這些限制可以幫助我們縮小電阻值的範圍。 計算最小上拉電阻的簡單公式是 Rp = (Vcc - 0.4)/3mA，對於 5V 系統，該電阻約為 1.5k 歐姆。 計算最大電阻的公式實際上基於標準模式 (100kHz) 的最大上升時間（1 微秒），該公式為 Rp = 1us/Cb <省略乘以0.8473>，其中 Cb 是一條信號線的總總線電容。 因此，對於我們的示例，總總線電容約為 20pF（根據數據表，Arduino 為 10pF，根據數據表，DS3231 也是 10pF），這會產生 50k 歐姆的高壓側值。 顯然，在線路中添加更多的 DS3231 RTC 將改變我們應該使用的最大允許電阻（再添加 1 個將其降至 33.3k，另一個將其降至 25k，等等...）。 需要注意的是，每個 I2C 設備都有自己的電容，因此請務必查看數據表，以便了解該值是多少。
接下來，我們將使用相同的電路，但這次我們從標準模式切換到快速模式 (400kHz)。 正如您所看到的，相對於時鐘頻率而言，上升時間非常慢。 測得時鐘頻率約為 171kHz，明顯慢於所需的 400kHz。 另請注意，在切換到佔空比的後半部分之前，峰值電壓僅達到 3.28V。 我們將使用相同的電阻器重複上面的相同測試。 在開始之前，讓我們看一下確定上拉電阻值和下拉電阻值的計算。 最低值上拉電阻的計算與上面相同，在低端產生 1.5k； 然而，快速模式的最大上升時間從 1 微秒減少到 300 納秒。 正如您所看到的，使用該公式並替換最大總線電容 400pF 會得到 750 歐姆的上限電阻，這實際上低於第一次計算中的最低值電阻。 因此，對於 5 伏系統，建議的最大總線電容降至約 200pF。 因此，在構建電路時，請確保密切關注總總線電容。 因此，讓我們安裝電阻器，看看它們如何影響信號質量（圖 4）。 請注意，在我們從 6.8k 歐姆過渡到 4.7k 歐姆之前，測得的時鐘頻率不會接近 400kHz。 您還可以看到當我們從 2.2k 歐姆過渡到 1.5k 歐姆時，信號如何呈現良好的形狀。
出處來源:https://www.thebackshed.com/forum/uploads/BobD/2013-01-26_175209_I2C_-_Effects_of_Varying_Pullup_Resistors.pdf
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