Teknik Interfacing "Pullup Resistor Calculation"

Introduction

Standar komunikasi I2C adalah standar komunikasi antar-chip yang banyak banyak digunakan dalam sistem elektronik saat ini. Ini adalah standar komunikasi open-drain / open-collector yang menyiratkan sirkuit terpadu (IC's) dengan rel suplai tegangan yang berbeda dapat dihubungkan untuk komunikasi. Resistor pullup perlu dihubungkan dari garis I2C ke suplai untuk memungkinkan komunikasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Resistor pull-pull menarik garis tinggi saat tidak didorong oleh antarmuka saluran terbuka. Nilai resistor pullup adalah pertimbangan desain penting untuk sistem I2C karena nilai yang salah dapat menyebabkan kehilangan sinyal. Pada artikel ini kita menunjukkan persamaan sederhana untuk perhitungan resistor pullup yang dapat digunakan perancang sistem untuk melakukan perhitungan cepat untuk disainnya.

Figure 1. Application Example Showing I2C Communication Between the Different IC's on a System and With Pullup Resistors on I2C Bus

Kalkulator Pullup Resistor
Pullup yang kuat (resistor kecil) mencegah pin I2C pada IC agar tidak melaju rendah. Itu V_OL Level yang bisa dibaca sebagai logical low yang valid oleh input buffer dari IC menentukan resistansi pull up minimum [R_P(min)]. R_P(min) is a function of V_CC, V_OL (max), and I_OL:

Resistansi pull up maksimum dibatasi oleh kapasitansi bus (Cb) karena spesifikasi waktu kenaikan standar I2C. Jika nilai resistor pullup terlalu tinggi, garis I2C mungkin tidak naik ke tinggi yang logis sebelum ditarik rendah. Respon rangkaian RC terhadap step tegangan amplitudo VCC, dimulai pada waktu t = 0 ditandai dengan konstanta waktu RC. Bentuk gelombang tegangan dapat ditulis sebagai:

Waktu naik bus I2C bisa ditulis sebagai:
t_r   =    t₂  - t₁  = 0.8473 ´ R_p ´ C_b

Resistansi pull up maksimum adalah fungsi dari waktu kenaikan maksimum (tr):

Dimana parametrik dari spesifikasi I2C tercantum dalam Tabel 1.

RP (min) diplot sebagai fungsi VCC pada Gambar 2. RP (maks) diplot sebagai fungsi Cb pada Gambar 3 untuk mode standar dan mode cepat I2C.

Figure 2. Minimum Pullup Resistance [R_P (min)] vs Pullup Reference Voltage (V_CC)

Figure 3. Maximum Pullup Resistance [R_P (max)] vs Bus Capacitance (C_b)

Kecepatan Versus Power Trade-off
Begitu nilai minimum dan maksimum resistor pullup telah dipilih, keputusan untuk nilai resistor dapat dibuat berdasarkan trade-off antara kecepatan dan power budget. Sebuah resistor yang lebih kecil akan memberikan kecepatan yang lebih tinggi karena delay RC yang lebih kecil, dan resistor yang lebih besar akan memberikan konsumsi daya yang rendah.

Example

Untuk komunikasi I2C Fast-mode dengan parameter berikut, hitung nilai resistor pullup.

C_b = 200 pF, V_CC = 3.3 V

Solusi :

Mengambil nilai dari Tabel 1:

Untuk komunikasi I2C Fast-mode dengan parameter berikut, hitung nilai resistor pullup.

C_b = 200 pF, V_CC = 3.3 V

Solusi:
Mengambil nilai dari Tabel 1:
Oleh karena itu, kita dapat memilih nilai resistor yang tersedia antara 966,667 Ω dan 1,77 kΩ. 
Nilai resistor pullup dapat dipilih berdasarkan trade-off untuk konsumsi daya.



References:
Texas Instruments Incorporated