I2C總線中上拉電阻、電源電壓、總線電容三者之間的函數關系

在我們的實際設計中，需要清楚I2C的總線的兩個特征：

1、串行數據SDA和串行時鐘SCL線都是雙向線路，通過一個電流源或上拉電阻Rp 連接到正的電源電壓+VDD，當總線空閑時這兩條線路都是高電平。連接到總線的器件輸出級必須是漏極開路或集電極開路才能執行線與的功能。I2C 總線上數據的傳輸位速率，在標準模式下可達100kbit/s，快速模式(F/S)下可達400kbit/s，高速模式(Hs)下可達3.4Mbit /s。

2、連接到相同總線的IC數量只受到總線的最大電容400pF限制。如果總線線路的負載電容升高，位速率將逐漸下降。

總線規定使用非標準電源電壓,不遵從I2C 總線系統電平規定的器件，必須將輸入電平連接到有上拉電阻Rp 的VDD電壓。

其中的一些術語描述如下：

1，總線輸入電平的定義：低電平噪聲容限是0.1VDD，高電平噪聲容限是0.2VDD。VOL定義為在漏極開路 或集電極開路時，有3mA下拉電流時的低電平輸出電壓，最大值取VOLmax=0.4V，這個3mA是指定的最小下拉電流。在一定范圍內，下拉電流越大， 驅動能力越強。Rpmin是電源電壓的函數，即電源電壓越高，Rpmin值越高。Rpmax是負載電容的函數，總線電容越大，即負載越大，Rpmax越 低。

2，總線電容是線路連接和管腳的總電容，規定總線輸入電流的最大值是10uA，同時規定了上升時間tr的最大值，由于高電平要求 0.2VDD的噪聲容限，這個輸入電流限制了Rp 的最大值。總的高電平輸入電流是Rpmax的函數。在電源電壓一定時，總的高電平輸入電流越大，Rpmax越小。總線的負載電容和上拉電阻的值決定了信號 的上升時間tr，規定

trmax=300ns。時間常數等于源端阻抗和總線電容的乘積，上拉電阻太大會造成時間常數過大，從而使上升沿的斜率變小，增大了總線上升時間。

小結：

1、上拉電阻Rp的值由三個參數決定：電源電壓、總線電容和連接器件的數量(輸入電流+漏電流)。

2、總線電容Cb是一條總線線路連接和管腳的總，單位是pF。由于規定了上升時間，這個電容限制了上拉電阻Rp 的最大值，而電源電壓限制了上拉電阻Rp 的最小值，輸出級在VOLmax=0.4V 時指定的最小下拉電流是3mA。

如果總線線路的電容負載升高，位速率將逐漸下降，總線的電容負載是400pF 時的，允許最大位速率是1.7Mbit/s 。總線電容負載在100pF~400pF 時時序參數必須呈線性增加。