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[讨论] 上拉电阻和下拉电阻的选型和计算

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发表于 2014-5-29 11:21:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
常见各类技术资料上,有些技术规范写道“无用的管脚不允许悬空状态,必须接上拉或下拉电阻以提供确定的工作状态”。
这个提法基本是对的,但也不全对。下面详细加以说明。

管脚上拉下拉电阻设计出发点有两个:
一个是在正常工作或单一故障状态下,管脚均不应出现不定状态,如接头脱落后导致的管脚悬空;
二是从功耗的角度考虑,就是在长时间的管脚等待状态下,管脚端口的电阻上不应消耗太多电流,尤其是对电池供电设备。

从抗扰的角度,信号端口优选上拉电阻。上拉电阻时,在待机状态下,源端输入常为高阻态,如果没有上拉电阻或下拉电阻,输入导线呈现天线效应,一旦管脚受到辐射干扰,管脚输入状态极容易被感应发生变化。所以,这个电阻是肯定要加的。下一个问题就是加上拉还是下拉。
如果加了下拉,在平常状态下,输入表现为低电平,但辐射干扰进来后,会通过下拉电阻泻放到地,就会发生从Low—High的一个跳变,产生误触发。相当于一个乞丐,你给了他10万元,他的生活方式就会从穷人到富人发生一个改变。
但如果加了上拉电阻,在平常状态下,输入表现为高电平,辐射干扰进来后,如果低也没关系,上拉电阻会将输入端钳位在高电平,如果辐射干扰强,超过了Vcc的电平,导线上的高电平干扰会通过上拉电阻泻放到Vcc上去,无论怎样干扰,都只会发生High—Higher的变化,不会产生误触发。相当于人家本来是一个富豪,你给了他10万元,他的生活方式不会发生任何的改变。
    图1和图2是干扰状态下的电平示意图。图2中的低电平由VL变为VL+ΔV时,产生了从低电平到高电平的跳变,有可能使后级电路误动作的风险。
    下一个问题就是,确定了用上拉电阻后,是不是上拉电阻就可以随便选了呢?答案当然是“no”。(如图3)


    在前极输出高电平时,Vout输出电流,U为高电平。有两种情况:

A、当I0 >= I1 + I2
    这种情况下,RL1和RL2两个负载不会通过R取电流,因此对R阻值大小要求不高,通常4.7 KΩ<R<20 KΩ即可。此时R的主要作用是增加信号可靠性,当Vout连线松动或脱落时,抑制电路产生鞭状天线效应吸收干扰。
B、当I0 < I1 + I2
    I0 +I= I1 + I2
    U=VCC-IR
    U>=VHmin
    由以上三式计算得出,R<=(VCC- VHmin)/I
    其中,I0、I1、I2都是可以从datasheet查到的,I就可以求出来,VHmin也是可以查到的。

    当前极Vout输出低电平时,各管脚均为灌电流,则:
    I’= I1’ + I2’ +I0’
    U’ =VCC-I’ R
    U’ <=VLmax
以上三式可以得出:R>=(VCC- VLmax)/I’

    由以上二式计算出R的上限值和下限值,从中取一个较靠近中间状态的值即可。注意,如果负载的个数大小不定的话,要按照最坏的情况计算,上限值要按负载最多的时候计算,下限值要按负载最少的计算。

    另一种选择方式是基于功耗的考虑。根据电路实际应用时,输出信号状态的频率或时间比选择。若信号Vout长期处于低电平,宜选择下拉电阻;若长期处于高电平,宜选择上拉电阻。为的是静态电流小。
   
    “设计永远是妥协与权衡的艺术”,至于最终选择那种方案,设计师的技术决策还是很重要的。电路设计的魅力也就在于此。

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签到天数: 326 天

[LV.8]以坛为家I

发表于 2014-5-29 11:54:22 | 显示全部楼层
好资料,顶起让更多的人看到

签到天数: 8 天

[LV.3]偶尔看看II

发表于 2014-6-4 11:43:13 | 显示全部楼层
现在的手机电路设计很少能做到这种层次了,达到功能的目的就好了....

签到天数: 26 天

[LV.4]偶尔看看III

发表于 2014-6-4 21:07:59 | 显示全部楼层
说的大体还行,不过有一点问题:

‘但如果加了上拉电阻,在平常状态下,输入表现为高电平,辐射干扰进来后,如果低也没关系,上拉电阻会将输入端钳位在高电平’。

这里很奇怪,上拉电阻凭什么将输入端钳位在高电平?如果很强的负电干扰进来,上拉电阻是钳位不住的。同样会出现向下的跳变。

签到天数: 641 天

[LV.9]以坛为家II

发表于 2014-6-4 22:21:49 | 显示全部楼层
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该用户从未签到

发表于 2014-6-12 16:45:18 | 显示全部楼层
不管上拉还是下拉,只要有干扰进来都会有电平跳变的,只有没有到达门限值就基本没有什么影响。

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2014-6-16 15:40:49 | 显示全部楼层
好好学习!
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[LV.1]初来乍到

发表于 2014-6-16 22:58:00 | 显示全部楼层
学习了,讲的很细,多谢

该用户从未签到

发表于 2014-6-19 15:41:15 | 显示全部楼层
学习了
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该用户从未签到

发表于 2014-6-20 15:47:19 | 显示全部楼层
学习了
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该用户从未签到

发表于 2014-6-30 15:33:39 | 显示全部楼层
学习了
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[LV.1]初来乍到

发表于 2014-7-3 15:32:02 | 显示全部楼层
谢谢 很棒 真的!

该用户从未签到

发表于 2014-7-9 22:29:02 | 显示全部楼层
不错 很好
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该用户从未签到

发表于 2014-7-12 14:18:22 | 显示全部楼层
好东西
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[LV.1]初来乍到

发表于 2014-7-22 21:33:35 | 显示全部楼层
好贴啊!
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该用户从未签到

发表于 2014-8-20 14:53:20 | 显示全部楼层
值得一看
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签到天数: 20 天

[LV.4]偶尔看看III

发表于 2014-8-22 14:41:56 | 显示全部楼层
好好学习。
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[LV.5]常住居民I

发表于 2014-8-28 16:34:15 | 显示全部楼层
门限值是多少?

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[LV.3]偶尔看看II

发表于 2014-9-29 21:19:35 | 显示全部楼层
很好,谢谢!
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该用户从未签到

发表于 2014-10-9 14:43:29 | 显示全部楼层
讲的很详细,学习了,但似乎现在设计的时候大都不会太注意这些。
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