基礎的東西說多少遍都不多——這一次，跟我們都覺得“很簡單”的上拉電阻有關

點擊上方名片關注了解更多

先給大家來張電路圖，這是咱們HDMI接口的一個電平轉換電路。那幾個上拉電阻R1、R2、R3、R4，基礎到不能再基礎的東西，卻讓我們在屏偶現不亮這個問題上翻了車。

咱們HDMI的DDC通道，也就是I2C，工作在5V電平，而大多數主控芯片I2C的IO電平為3.3V或1.8V，直連不行，所以需要這個電平轉換電路。電路的基本原理這里就不講了，不清楚的同學，可以參見我這篇文章當兩個模塊電平不一樣，且需要通信時，一定要用電平轉換電路

也正因為簡單，咱們做過的板子里，這幾個電阻的取值也沒太注意，1.8k、2.7k、4.7k、10k都有人用，很容易翻車。

顯示器偶現不亮。查供電正常，查熱插拔檢測正常，最后查到DDC通道的I2C信號才發現問題：SCL和SDA的波形上升沿是圓的，不是方的，信號質量差。用軟件抓EDID，有時候能讀到，有時候讀不到。仔細一看，上拉電阻用的是10k——驅動能力太弱了。換成2.2k，波形變方了，EDID每次都能讀到，顯示器再也沒有不亮過。

你看，一個我們都覺得很簡單的上拉電阻，偏偏就翻了車。今天就跟大家捋捋這個上拉電阻。

有些芯片的引腳，是開漏輸出或者開集電極輸出。也就是無法直接輸出高電平。它內部有個開關，打開的時候引腳接地，輸出低電平。開關關掉的時候，引腳就懸空了，處于高阻態。

所以需要一個電阻，把引腳連到電源上。開關關掉的時候，電阻把電平拉上去。這就是上拉電阻的作用。

HDMI的DDC通道就是典型的開漏結構，必須加上拉電阻才能正常工作。

常見用到上拉電阻的地方還有：I2C總線（包括HDMI的DDC），單片機的開漏IO口，比較器的輸出，按鍵檢測等等。

電阻選多大，是個問題。選小了有麻煩，選大了也有麻煩。下面分開說。

電阻越小，上拉能力越強，但代價也大。

電阻選大了，主要問題是速度上不去。

總線上的導線、芯片引腳、PCB走線都會有寄生電容，上拉電阻和這個電容組成了RC充電回路。電阻越大，充電越慢，信號上升越慢，用示波器看就是上升沿變成斜坡，不是陡峭的方波。

I2C通信對上升沿時間有明確要求：

• 100kHz標準模式下，上升沿不能超過1000ns；

• 400kHz快速模式下，不能超過300ns；

• 1000kHz快速模式+下，不能超過120ns。

算一下：10k電阻加上200pF寄生電容（假設），RC常數是2us，充滿電需要好幾倍RC時間，上升沿大概1us出頭。400kHz模式下，1us的上升沿已經超標了。換成2.2k電阻，RC常數是0.44us，上升沿大概0.24us，合格。

這就是HDMI的EDID讀不出來的原因。DDC通道的I2C跑的是100kHz到400kHz，10k電阻上升沿太慢，EDID芯片不認。換成2.2k，問題解決。另外，電阻大了還容易被干擾，外部噪聲耦合進來，上拉電阻拉不動，電平就會亂跳。

沒有萬能值，給大家三個計算步驟，作為參考。

第一步：算最小能選多大。

最小電阻由IO口的最大灌電流決定，公式：R_min = 供電電壓 / 最大灌電流。比如供電3.3V，最大灌電流20mA：3.3 / 0.02 = 165Ω。也就是說電阻不能小于165Ω，比這個再小電流就超了。

第二步：算最大能選多大。

最大電阻由通信速度決定，公式：R_max = 上升沿時間要求 / (總線電容 × 2.2) [ I2C 上升時間近似估算的一種工程簡化表達]。

比如400kHz I2C，上升沿要求300ns，總線電容算200pF：0.0000003 / (0.0000000002 × 2.2) ≈ 681Ω，算出來最大只能到680Ω左右。但實際中沒這么嚴格，很多人在400kHz下用1k、2.2k也能跑。常用的經驗值：100kHz I2C用4.7k到10k，400kHz I2C用1k到2.2k，1MHz以上用470Ω到1k。

第三步：在范圍內挑一個常用值。

比如你算出來最小500Ω，最大5k，那1k、2.2k、4.7k都可以。怎么選？電池供電想省電就選大一點，比如4.7k；高速通信要快就選小一點，比如1k；啥都不敏感就選4.7k，這是最常用的值。

今天的分享就到這里了，你有沒有因為上拉電阻翻過車？評論區聊聊。

推薦閱讀（點擊如下三個圖片分別進入）

加群/投稿/招聘/推廣/宣傳/技術咨詢 請加微信：woniu26a