瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工藝，搭載一顆四核Cortex-A55處理器和Mali G52 2EE 圖形處理器。RK3568 支持4K 解碼和 1080P 編碼，支持SATA/PCIE/USB3.0 外圍接口。RK3568內置獨立NPU，可用于輕量級人工智能應用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系統，主要面向物聯網網關、NVR 存儲、工控平板、工業檢測、工控盒、卡拉 OK、云終端、車載中控等行業。

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第167章 I2C上拉電阻

I2C的硬件連接如下圖所示：

可以看到在SDA數據線和SCL時鐘線上都需要接一個上拉電阻，在本章中將會講解為什么這里要接一個上拉電阻，以及上拉電阻如何計算。

167.1 接上拉電阻的作用

SDA數據線和SCL時鐘線上接一個上拉電阻的作用如下所示：

（1）保證總線空閑時保持高電平

I2C 總線采用開漏/開集電極輸出,當沒有設備驅動總線時,總線會處于高阻態。如果不接上拉電阻,總線電平將不確定,很容易受到噪聲干擾。接上拉電阻可以確保總線空閑時保持穩定的高電平。

（2）實現線與功能

I2C 總線允許多個設備掛載在同一總線上。當一個設備拉低總線時,其他設備的輸出也會被拉低。這就是線與功能,實現總線仲裁。如果不接上拉電阻,當總線空閑時電平不確定,一個設備拉低總線時其他設備無法感知到總線電平變化,無法實現線與功能。

而這里的上拉電阻也并不能隨意進行取值,需要考慮總線電容的影響。I2C 總線上存在各種寄生電容,可以等效成一個RC充電電路，如下圖所示：

當總線從低電平轉為高電平時,需要通過上拉電阻為總線供電,充電總線電容,如果上拉電阻取值過大,充電時間過長,會導致上升沿過慢,可能影響通信,如果上拉電阻取值過小，則無法產生低電平，所以在I2C規范中要求總線電容不能超過400PF,通常建議在 1k至10k歐姆之間選擇,能夠既保證上升沿速度,又能夠可靠拉低總線電平，在下一小節中將對I2C上拉電阻的阻值計算進行講解。

167.2 I2C上拉電阻阻值計算?

上拉電阻的最小值計算

（1）公式:

Rp(min) = (VDD - VOL(max)) / IOL

（2）各參數解釋:

VDD: 通常為 5V 或 3.3V 等常用的供電電壓,在iTOP-RK3568 開發板上為3.3V

VOL(max): 表示器件在低電平時的最大輸出電壓,具體數值表格如下所示，由于VDD為3.3V，所以VOL的最大值為0.4.

?

IOL: 器件在低電平時的最大灌入電流,具體數值表格如下所示，通過VOL值為0.4，可以得到IOL在常規模式下和快速模式下的值為3ma。?

Rp(min) 為上拉電阻的最小值

（3）計算步驟:

確定 VDD、VOL(max) 和 IOL 的值:

在RK3568中VDD為3.3V,所以VOL(max) =0.4V，對應的IOL為3mA

代入公式 Rp(min) = (VDD - VOL(max)) / IOL 計算得到上拉電阻的最小值。

Rp(min) = (3V - 0.4V) / 3mA = 966Ω

上拉電阻的最大值計算：

1. 公式

Rp(max) = 0.8473 * Cb / tr

（2）各參數解釋:

Rp(max) 是上拉電阻的最大值

Cb 是總線電容

tr 是高電平上升時間,一般上升時間是從0.3VDD到0.7VDD，具體可以從數據手冊獲得，具體如下所示：

?

根據上圖可以得到在標準模式下tr的取值為?≤ 1000ns。

在快速模式下tr的取值為?≤ 300ns。

在超快速模式下tr的取值為≤ 120ns。

（3）計算步驟:

I2C 工作在標準模式下，上拉電壓是 3.3V，引腳電容是 10pF，連接電容是 30pF，高電平上升時間 tr = 1000ns，計算上拉電阻的最大值

總線電容 Cb = 10pF + 30pF = 40pF，然后將對應值代入公式: Rp(max) = 0.8473 * Cb / tr Rp(max) = 0.8473 * 40pF / 1000ns Rp(max) = 33.89 kΩ

具體選擇：

一般來說,I2C 總線速度越快,所需的上拉電阻值越小，具體選擇如下所示：

400kbps: 一般選擇 4.7k 上拉電阻

100kbps: 一般選擇 10k 上拉電阻

1Mbps: 一般選擇 2.2k 上拉電阻

當然上述選擇未必正確,需要根據實際測試結果進行調整。在實際使用中,可以先根據經驗選擇一個上拉電阻值試用,無需過于糾結于計算公式。