上拉下拉電阻的選型和設計計算

上拉是對器件輸入電流，下拉是輸出電流;強弱只是上拉電阻的阻值不同，沒(méi)有什么嚴格區分;對于非集電極(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(lèi)技術(shù)資料上，有些技術(shù)規范寫(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)提法基本是對的，但也不全對。下面詳細加以說(shuō)明。

管腳上拉下拉電阻設計出發(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，管腳均不應出現不定狀態(tài)，如接頭脫落后導致的管腳懸空;

二是從功耗的角度考慮，就是在長(cháng)時(shí)間的管腳等待狀態(tài)下，管腳端口的電阻上不應消耗太多電流，尤其是對電池供電設備。

從抗擾的角度，信號端口優(yōu)選上拉電阻。上拉電阻時(shí)，在待機狀態(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，輸入導線(xiàn)呈現天線(xiàn)效應，一旦管腳受到輻射干擾，管腳輸入狀態(tài)極容易被感應發(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，超過(guò)了Vcc的電平，導線(xiàn)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，有可能使后級電路誤動(dòng)作的風(fēng)險。

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?答案當然是“no”。(如圖3)

A、當I0 >= I1 + I2

這種情況下，RL1和RL2兩個(gè)負載不會(huì )通過(guò)R取電流，因此對R阻值大小要求不高，通常4.7 KΩ

B、當I0 < I1 + I2

I0 +I= I1 + I2

U=VCC-IR

U>=VHmin

由以上三式計算得出，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，如果負載的個(gè)數大小不定的話(huà)，要按照最壞的情況計算，上限值要按負載最多的時(shí)候計算，下限值要按負載最少的計算。

另一種選擇方式是基于功耗的考慮。根據電路實(shí)際應用時(shí)，輸出信號狀態(tài)的頻率或時(shí)間比選擇。若信號Vout長(cháng)期處于低電平，宜選擇下拉電阻;若長(cháng)期處于高電平，宜選擇上拉電阻。為的是靜態(tài)電流小。

“設計永遠是妥協(xié)與權衡的藝術(shù)”，至于最終選擇那種方案，設計師的技術(shù)決策還是很重要的。電路設計的魅力也就在于此。