上拉下拉電阻的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算
上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用。下拉同理。也是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻鉗位在低電平。
上拉是對(duì)器件輸入電流，下拉是輸出電流;強(qiáng)弱只是上拉電阻的阻值不同，沒(méi)有什么嚴(yán)格區(qū)分;對(duì)于非集電極(或漏極)開(kāi)路輸出型電路(如普通門(mén)電路)提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開(kāi)路輸出型電路輸出電流通道。
常見(jiàn)各類技術(shù)資料上，有些技術(shù)規(guī)范寫(xiě)道“無(wú)用的管腳不允許懸空狀態(tài)，必須接上拉或下拉電阻以提供確定的工作狀態(tài)”。
這個(gè)提法基本是對(duì)的，但也不全對(duì)。下面詳細(xì)加以說(shuō)明。
管腳上拉下拉電阻設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)有兩個(gè)：
一個(gè)是在正常工作或單一故障狀態(tài)下，管腳均不應(yīng)出現(xiàn)不定狀態(tài)，如接頭脫落后導(dǎo)致的管腳懸空;
二是從功耗的角度考慮，就是在長(zhǎng)時(shí)間的管腳等待狀態(tài)下，管腳端口的電阻上不應(yīng)消耗太多電流，尤其是對(duì)電池供電設(shè)備。
從抗擾的角度，信號(hào)端口優(yōu)選上拉電阻。上拉電阻時(shí)，在待機(jī)狀態(tài)下，源端輸入常為高阻態(tài)，如果沒(méi)有上拉電阻或下拉電阻，輸入導(dǎo)線呈現(xiàn)天線效應(yīng)，一旦管腳受到輻射干擾，管腳輸入狀態(tài)極容易被感應(yīng)發(fā)生變化。所以，這個(gè)電阻是肯定要加的。下一個(gè)問(wèn)題就是加上拉還是下拉。
如果加了下拉，在平常狀態(tài)下，輸入表現(xiàn)為低電平，但輻射干擾進(jìn)來(lái)后，會(huì)通過(guò)下拉電阻瀉放到地，就會(huì)發(fā)生從Low—High的一個(gè)跳變，產(chǎn)生誤觸發(fā)。相當(dāng)于一個(gè)乞丐，你給了他10萬(wàn)元，他的生活方式就會(huì)從窮人到富人發(fā)生一個(gè)改變。
但如果加了上拉電阻，在平常狀態(tài)下，輸入表現(xiàn)為高電平，輻射干擾進(jìn)來(lái)后，如果低也沒(méi)關(guān)系，上拉電阻會(huì)將輸入端鉗位在高電平，如果輻射干擾強(qiáng)，超過(guò)了Vcc的電平，導(dǎo)線上的高電平干擾會(huì)通過(guò)上拉電阻瀉放到Vcc上去，無(wú)論怎樣干擾，都只會(huì)發(fā)生High—Higher的變化，不會(huì)產(chǎn)生誤觸發(fā)。相當(dāng)于人家本來(lái)是一個(gè)富豪，你給了他10萬(wàn)元，他的生活方式不會(huì)發(fā)生任何的改變。
圖1和圖2是干擾狀態(tài)下的電平示意圖。圖2中的低電平由VL變?yōu)閂L+ΔV時(shí)，產(chǎn)生了從低電平到高電平的跳變，有可能使后級(jí)電路誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。
下一個(gè)問(wèn)題就是，確定了用上拉電阻后，是不是上拉電阻就可以隨便選了呢?答案當(dāng)然是“no”。(如圖3)
A、當(dāng)I0 >= I1 + I2
這種情況下，RL1和RL2兩個(gè)負(fù)載不會(huì)通過(guò)R取電流，因此對(duì)R阻值大小要求不高，通常4.7 KΩ
B、當(dāng)I0 < I1 + I2
I0 +I= I1 + I2
U=VCC-IR
U>=VHmin
由以上三式計(jì)算得出，R<=(VCC- VHmin)/I
其中，I0、I1、I2都是可以從datasheet查到的，I就可以求出來(lái)，VHmin也是可以查到的。
當(dāng)前極Vout輸出低電平時(shí)，各管腳均為灌電流，則：
I’= I1’ + I2’ +I0’
U’ =VCC-I’ R
U’ <=VLmax
以上三式可以得出：R>=(VCC- VLmax)/I’
由以上二式計(jì)算出R的上限值和下限值，從中取一個(gè)較靠近中間狀態(tài)的值即可。注意，如果負(fù)載的個(gè)數(shù)大小不定的話，要按照最壞的情況計(jì)算，上限值要按負(fù)載最多的時(shí)候計(jì)算，下限值要按負(fù)載最少的計(jì)算。
另一種選擇方式是基于功耗的考慮。根據(jù)電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸出信號(hào)狀態(tài)的頻率或時(shí)間比選擇。若信號(hào)Vout長(zhǎng)期處于低電平，宜選擇下拉電阻;若長(zhǎng)期處于高電平，宜選擇上拉電阻。為的是靜態(tài)電流小。
“設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)是妥協(xié)與權(quán)衡的藝術(shù)”，至于最終選擇那種方案，設(shè)計(jì)師的技術(shù)決策還是很重要的。電路設(shè)計(jì)的魅力也就在于此。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-05
