數(shù)字電路有三種狀態(tài):高電平、低電平和高阻狀態(tài)。但有些場合卻不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài),通過上拉電阻或者下拉電阻就可以使電路處于穩(wěn)定的狀態(tài),具體視設(shè)計要求而定。上下拉電阻的應(yīng)用道理類似,下面就以上拉電阻為例說明:
1.上拉電阻的作用
① 當前端邏輯輸出驅(qū)動輸出的高電平低于后級邏輯電路輸入的最低高電平時,就需要在前級的輸入端接上拉電阻,以提高輸出高電平的值;同時提高芯片輸入信號的噪聲容限,以增強抗干擾能力。
②為加大高電平輸出時引腳的驅(qū)動能力,有的單片機引腳上也常使用上拉電阻。
③OC門必須加上上拉電阻是引腳懸空有確定的狀態(tài),實現(xiàn)“線與”功能。
④在CMOS芯片上,為了防止靜電造成損壞,不用的引腳不能懸空,一般都要接上上拉電阻降低輸入阻抗,提供泄荷通路。
⑤引腳懸空比較容易受到外界電磁干擾,加上拉電阻可以提高總線的抗電磁干擾能力。
⑥長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波阻抗,加上下拉電阻是電阻匹配,有效的抑制反射波干擾。
2.上拉電阻阻滯的選擇原則
上拉電阻阻值的選擇原則包括:
①從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)該足夠大。電阻越大,電流越小。
②從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)該足夠小。電阻越小,電流越大。
③對于高速電路,過大的上拉電阻可能是邊沿變平緩。
綜合考慮以上三點,通常在1~10kΩ之間選取。上拉電阻的組織大小主要是要顧及端口低電平吸入電流的能力。例如,在5V電壓下,加1kΩ上拉電阻,將會給端口低電平狀態(tài)增加5mA的吸入電流。在端口能承受的條件下,上拉電阻小一點為好。對下拉電阻也有類似的道理。
同時對上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級電路的輸入特性進行設(shè)定,主要應(yīng)考慮一下幾個元素:
①驅(qū)動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例,一般地說,上拉電阻越小,驅(qū)動能力越強,但是功耗越大,設(shè)計時應(yīng)注意兩者之間的均衡。
②下級電路的驅(qū)動需求。同樣以上拉電阻為例,當輸出高電平時,開關(guān)管斷開,上拉電阻應(yīng)適當選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。
③高低電平的設(shè)定。不同的電路對高低電平的門檻電壓會有不同,電阻應(yīng)適當設(shè)定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例,當輸出低電平時,開關(guān)管導通,上拉電阻和開關(guān)管導通電阻分壓值應(yīng)確保在0電平門檻之下。
④頻率特性。以上拉電阻為例,上拉電阻和開關(guān)管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成RC延遲,電阻越大,延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。
3.OC門上拉電阻值得確定
OC門輸出高電平時是一個高阻態(tài),其上拉電流由上拉電阻來提供。電阻應(yīng)選用經(jīng)過計算后與標準值最相近的一個。設(shè)輸入的電流不大于100μA,設(shè)輸出口的驅(qū)動電流約為500μA,標準工作電壓5V。輸入口的高低電平門限為0.8V(低于此值為低電平),高電平門限值為2V,計算方法如下:
①500μA×8.4kΩ=4.2V 即選大于8.4kΩ時輸出端能下拉至0.8V以下,此為最小阻值,再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動電流較大,則組織可見小,保證下拉時能低于0.8V即可。
②當輸出高電平時,忽略管子的漏電流,兩輸入口需要200μA。200μA×15kΩ=3V即上拉電阻壓降為3V,輸出口可達到2V,次阻值為最大阻值,再大就拉不到2V了。選10kΩ即可。
上述僅僅是原理,用一句話可概括為:輸出高電平是要有足夠的電流給后面的輸入口,輸出低電平要限制住吸入電流的大小