上下拉电阻知识整理

光彩 · 发表于 2006-10-10 05:01:00

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一、拉电流输出、灌电流输出、吸电流

拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力的参数，这种说法一般用在数字电路中。由于数字电路的输出只有高、低（0，1）两种电平值，高电平输出时，一般是对负载提供电流，其提供电流的数值叫“拉电流”；低电平输出时，一般是要吸收负载的电流，其吸收电流的数值叫“灌电流”。
拉即泄，主动输出电流，从输出端输出电流；
灌即充，被动输入电流，从输出端流入电流；
吸则是主动吸入电流，从输入端流入电流。
吸电流和灌电流都是电流通过引脚从外部电路流入数字电路内部。区别在于吸电流是主动的，从输入端流入的叫吸电流；灌电流是被动的，从输出端流入的叫灌电流。拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流，灌电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流。这些实际就是输入、输出电流能力。
例如在使用反向器作输出显示时,左图是拉电流,即当输出端为高电平时才符合发光二极管正向连接的要求,但这种拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流用这种方法想驱动二极管发光是不合理的（因发光二极管正常工作电流为5~10mA)。
右图为灌电流输出，即当反向器输出端为低电平时，发光二极管处于正向连接情况，在这种情况下，反向器一般能输出5~10mA的电流，足以使发光二极管发光，所以这种灌电流输出作为驱动发光二极管的电路是比较合理的。因为发光二极管发光时，电流是由电源+5V通过限流电阻R、发光二极管流入反向器输出端，好像往反向器里灌电流一样，因此习惯上称它为“灌电流”输出。
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二、上、下拉电阻的定义
从电路的某个节点引出一个电阻接电源，这个电阻就叫做上拉电阻，意思是将该电路节点的电平向高方向（电源正）拉；同理，从电路的某个节点引出一个电阻接地，这个电阻就叫做下拉电阻，意思是将该电路节点的电平向低方向（地）拉。
例如下图，IMP809和IMP810是电源监控复位芯片，用于监控MCU的供电电压，当供电电压低于一定值（例如2.5V）输出复位信号，IMP809输出高电平复位信号，IMP810输出低电平复位信号。
通常情况下，当Vcc 降至1.1V以下，IMP809的RESET端不再吸入电流而呈现开路，故输出电平不确定。如果在该脚接一只下拉电阻到地，负责泄放杂散电荷，这样即使Vcc降至1.1V以下，也能保障RESET电平有效。对该阻值的要求并不严格，一只100k的电阻即可满足需要。同理，对于IMP810需要加一只100k上拉电阻。

上下拉电阻知识整理
在数字电路中我们经常可以看到上、下拉电阻。
一、定义：
      1、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！
      2、上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流
      3、弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分
      4、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、拉电阻作用：
   1、一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。
   2、数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定！
   3、一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，如果该端口正常时为高电平，C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该端口平时为低电平，作用吗：比如：当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时，他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。
   4、上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是我们通常所说的灌电流
   5、接电组就是为了防止输入端悬空
   6、减弱外部电流对芯片产生的干扰
   7、保护cmos内的保护二极管,一般电流不大于10mA
   8、通过上拉或下拉来增加或减小驱动电流
   9、改变电平的电位，常用在TTL-CMOS匹配
   10、在引脚悬空时有确定的状态
   11、增加高电平输出时的驱动能力。
   12、为OC门提供电流

光彩 · 发表于 2006-10-10 16:34:00

三、上拉电阻应用原则：
   1、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。
   2、OC门电路必须加上拉电阻，才能使用。
   3、为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。
   4、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。
   5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。
   6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
   7、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。
   8、在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平，通过1k电阻接高电平或接地。
四、上拉电阻阻值选择原则:
   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对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素：
   1．驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计是应注意两者之间的均衡。
   2．下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电流。
   3．高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。
   4．频率特性。以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成RC延迟，电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。
下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。OC门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。
选上拉电阻时：500uA x 8.4K= 4.2即选大于8.4K时输出端能下拉至0.8V以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于0.8V即可。
当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需200uA x15K=3V即上拉电阻压降为3V，输出口可达到2V，此阻值为最大阻值，再大就拉不到2V了。选10K可用。COMS门的可参考74HC系列设计时管子的漏电流不可忽略，IO口实际电流在不同电平下也是不同的，上述仅仅是原理，一句话概括为：输出高电平时要喂饱后面的输入口，输出低电平不要把输出口喂撑了（否则多余的电流喂给了级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了）

此外，还应注意以下几点：
A、要看输出口驱动的是什么器件，如果该器件需要高电压的话，而输出口的输出电压又不够，就需要加上拉电阻。
B、如果有上拉电阻那它的端口在默认值为高电平你要控制它必须用低电平才能控制如三态门电路三极管的集电极，或二极管正极去控制把上拉电阻的电流拉下来成为低电平。反之，
C、尤其用在接口电路中,为了得到确定的电平,一般采用这种方法,以保证正确的电路状态,以免发生意外,比如,在电机控制中,逆变桥上下桥臂不能直通,如果它们都用同一个单片机来驱动,必须设置初始状态.防止直通!

hifi · 发表于 2006-10-10 17:14:00

欣赏了，谢谢楼主发布啊，我收藏了啊

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