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[博客大赛]对模拟电路中上下拉电阻作用的一点小总结

              对模拟电路中上下拉电阻作用的一点小总结

一、定义:
上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平!电阻同时起限流作用!下拉同理!
上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流;弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分;对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的,上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。
二、上下拉电阻作用:
1、提高电压准位:a.当TTL电路驱动COMS电路时,如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平(一般为3.5V), 这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻,以提高输出高电平的值。b.OC门电路必须加上拉电阻,以提高输出的搞电平值。
2、加大输出引脚的驱动能力,有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。
3、N/A pin防静电、防干扰:在COMS芯片上,为了防止静电造成损坏,不用的管脚不能悬空,一般接上拉电阻产生降低输入阻抗, 提供泄荷通路。同時管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
4、电阻匹配,抑制反射波干扰:长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰,加上下拉电阻是电阻匹配,有效的抑制反射波干扰。
5、预设空间状态/缺省电位:在一些 CMOS 输入端接上或下拉电阻是为了预设缺省电位. 当你不用这些引脚的时候, 这些输入端下拉接 0 或上拉接 1。在I2C总线等总线上,空闲时的状态是由上下拉电阻获得
6. 提高芯片输入信号的噪声容限:输入端如果是高阻状态,或者高阻抗输入端处于悬空状态,此时需要加上拉或下拉,以免收到随机电平而影响电路工作。同样如果输出端处于被动状态,需要加上拉或下拉,如输出端仅仅是一个三极管的集电极。从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。
{电源到元件间的叫上拉电阻,作用是平时使该脚为高电平 
地到元件间的叫下拉电阻,作用是平时使该脚为低电平 
上拉电阻和下拉电阻的范围由器件来定(我们一般用10K) 
+Vcc 
+------+=上拉电阻 
|+-----+ 
|元件| 
|+-----+ 
+------+=下拉电阻 
-Gnd 
一般来说上拉或下拉电阻的作用是增大电流,加强电路的驱动能力 
比如说51的p1口 
还有,p0口必须接上拉电阻才可以作为io口使用 
上拉和下拉的区别是一个为拉电流,一个为灌电流 
一般来说灌电流比拉电流要大 
也就是灌电流驱动能力强一些}
三、上拉电阻阻值的选择原则包括:
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;电阻大,电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。
3、对于高速电路,过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑
以上三点,通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理
四、原理:
上拉电阻实际上是集电极输出的负载电阻。不管是在开关应用和模拟放大,此电阻的选则都不是拍脑袋的。工作在线性范围就不多说了,在这里是讨论的是晶体管是开关应用,所以只谈开关方式。找个TTL器件的资料单独看末级就可以了,内部都有负载电阻根据不同驱动能力和速度要求这个电阻值不同,低功耗的电阻值大,速度快的电阻值小。但芯片制造商很难满足应用的需要不可能同种功能芯片做许多种,因此干脆不做这个负载电阻,改由使用者自己自由选择外接,所以就出现OC、OD输出的芯片。由于数字应用时晶体管工作在饱和和截止区,对负载电阻要求不高,电阻值小到只要不小到损坏末级晶体管就可以,大到输出上升时间满足设计要求就可,随便选一个都可以正常工作。但是一个电路设计是否优秀这些细节也是要考虑的。集电极输出的开关电路不管是开还是关对地始终是通的,晶体管导通时电流从负载电阻经导通的晶体管到地,截止时电流从负载电阻经负载的输入电阻到地,如果负载电阻选择小点功耗就会大,这在电池供电和要求功耗小的系统设计中是要尽量避免的,如果电阻选择大又会带来信号上升沿的延时,因为负载的输入电容在上升沿是通过无源的上拉电阻充电,电阻越大上升时间越长,下降沿是通过有源晶体管放电,时间取决于器件本身。因此设计者在选择上拉电阻值时,要根据系统实际情况在功耗和速度上兼顾。
3.从IC(MOS工艺)的角度,分别就输入/输出引脚做一解释:
1. 对芯片输入管脚, 若在系统板上悬空(未与任何输出脚或驱动相接)是比较危险的.因为此时很有可能输入管脚内部电容电荷累积使之达到中间电平(比如1.5V), 而使得输入缓冲器的PMOS管和NMOS管同时导通, 这样一来就在电源和地之间形成直接通路, 产生较大的漏电流, 时间一长就可能损坏芯片. 并且因为处于中间电平会导致内部电路对其逻辑(0或1)判断混乱. 接上上拉或下拉电阻后, 内部点容相应被充(放)电至高(低)电平, 内部缓冲器也只有NMOS(PMOS)管导通, 不会形成电源到地的直流通路. (至于防止静电造成损坏, 因芯片管脚设计中一般会加保护电路, 反而无此必要).
2. 对于输出管脚:
1)正常的输出管脚(push-pull型), 一般没有必要接上拉或下拉电阻.
2)OD或OC(漏极开路或集电极开路)型管脚,
这种类型的管脚需要外接上拉电阻实现线与功能(此时多个输出可直接相连. 典型应用是: 系统板上多个芯片的INT(中断信号)输出直接相连, 再接上一上拉电阻, 然后输入MCU的INT引脚, 实现中断报警功能).
其工作原理是: 
在正常工作情况下, OD型管脚内部的NMOS管关闭, 对外部而言其处于高阻状态, 外接上拉电阻使输出位于高电平(无效中断状态); 当有中断需求时, OD型管脚内部的NMOS管接通, 因其导通电阻远远小于上拉电阻, 使输出位于低电平(有效中断状态). 针对MOS 电路上下拉电阻阻值以几十至几百K为宜.
(注: 此回答未涉及TTL工艺的芯片, 也未曾考虑高频PCB设计时需考虑的阻抗匹配, 电磁干扰等效应.)
1, 芯片引脚上注明的上拉或下拉电阻, 是指设计在芯片引脚内部的一个电阻或等效电阻. 设计这个电阻的目的, 是为了当用户不需要用这个引脚的功能时, 不用外加元件, 就可以置这个引脚到缺省的状态. 而不会使 CMOS 输入端悬空. 使用时要注意如果这个缺省值不是你所要的, 你应该把这个输入端直接连到你需要的状态.
2, 这个引脚如果是上拉的话, 可以用于 "线或" 逻辑. 外接漏极开路或集电极开路输出的其他芯片. 组成负逻辑或输入. 如果是下拉的话, 可以组成正逻辑 "线或", 但外接只能是 CMOS 的高电平漏极开路的芯片输出, 这是因为 CMOS 输出的高, 低电平分别由 PMOS 和 NMOS 的漏极给出电流, 可以作成 P 漏开路或 N 漏开路. 而 TTL 的高电平由源极跟随器输出电流, 不适合 "线或".
3, TTL 到 CMOS 的驱动或反之, 原则上不建议用上下拉电阻来改变电平, 最好加电平转换电路. 如果两边的电源都是 5 伏, 可以直接连但影响性能和稳定, 尤其是 CMOS 驱动 TTL 时. 两边逻辑电平不同时, 一定要用电平转换. 电源电压 3 伏或以下时, 建议不要用直连更不能用电阻拉电平.
4, 芯片外加电阻由应用情况决定, 但是在逻辑电路中用电阻拉电平或改善驱动能力都是不可行的. 需要改善驱动应加驱动电路. 改变电平应加电平转换电路. 包括长线接收都有专门的芯片. 

 

//2013-05-07

//早安,深圳

//准备开始一整天的工作

//Fighting

//:)

 

博主
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