I2C總線是微電子通信控制領域中常用的一種總線標準，具備接線少，控制簡單，速率高等優點。在I2C電路中常見的上拉電阻有1k、1.5k、2.2k、4.7k、5.1k、10k等等，但是應該如何根據開發要求選擇合適的阻值呢?下圖為I2C內部結構

假設SDA輸出低電平時，即MOS管導通。那么，可以求出上拉電阻R的阻值

上拉電阻：

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。IOL就是該端口的灌電流，即IOL=3mA。由上式可得，當VDD不變， VOL取最大值時，上拉電阻有最小值。

根據I2C協議，端口輸出低電平的最高允許電壓是0.4V。

So，式1可以改為：

由式2可以得出：電源電壓決定了上拉電阻的最小值。因此，當VDD=5V時，最小上拉電阻約為1.5k;當VDD=3V3時，約為1k。

由于I2C總線端口的高電平是通過上拉電阻實現，線上的電平從低變高時，電源通過上拉電阻對線上負載電容CL充電，這需要一定的上升時間。

電容充電一般公式：

整理可得：

I2C規范將低于VIL或0.3VDD的電壓定義為邏輯低電平，同樣將高于VIH或0.7VDD的電壓定義為邏輯高電平，由式4可以求得：

由式5可判斷，當Tr取最大值，CL取最小值時，R有最大值。

由于不同模式下，上升沿的最大時間及總線負載最大容限要求不同，標準模式、快速模式、高速模式分別是：1000ns/400pF、300ns/400pF、120ns/550pF。

以快速模式下，負載電容50pF為例，則有：

結論：電源電壓決定上拉電阻的最小值，總線負載電容決定上拉電阻的最大值。

審核編輯：湯梓紅