上下拉电阻的原理及作用

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上下拉电阻的原理及作用





从最基本的概念上来讲，上拉电阻就是从端口连接到电源上的电阻，将一个不确定的信号钳位在高电平，这个电阻也起到一定的限流作用。下拉电阻就是从端口连接到GND的电阻，将不确定的信号钳位在低电平。

首先介绍一下输出管脚，芯片的输出管脚通常来说可以分为两类：

1、push-pull型电路，这种电路可以理解为一个半桥电路，能够自主的输出高电平或者低电平，这种输出管脚一般是没有必要接上拉或者下拉电阻。

2、OD或者OC门型输出管脚，这两种管脚可以理解为同一类，都是使三极管或者MOS管工作在饱和区，将其当做开关来使用。

上拉电阻的应用场景：

1、OC或者OD门电路必须加上拉电阻，才能使用，最典型的应用电路就是低边驱动电路匹配外部的数字输入电路。下图就是一个很典型的OD门输出电路，在右侧一定需要匹配一个上拉电阻，这样在MOS管不导通的时候检测口的电平才是高电平，而在MOS管导通的时候，检测口的电平就是低电平了。

在数字输入电平外部的电路是一个开关的时候，上拉电阻的作用与上一段描述的作用基本一致。上拉电阻的选择就需要考虑几个方面的影响，从功耗角度来说，电阻值越大越好，而从保障电路的耐用性来考虑，上拉电阻需要提供足够大的湿电流（湿电流一般在1~10mA之间），在开关金属接触面发生氧化的时候，电流也能够“浸润”氧化层。所以上拉电阻通常在1K到10K之间。



2、作为温度传感器的上拉匹配电阻，与NTC电阻进行分压，测量分压后的电压反推回NTC的阻值，然后通过查表的方式就可以得到温度传感器的值。鉴于有时候一些软件工程师很懒，说自己不会算，这里再写一遍公式：Vport=R24/(R22+R24)*VCC→R24=(Vport*R22)/(VCC-Vport)，得到的R24的电阻后通过查询NTC的R-T表就能得到当前的温度值。

当然作为温度传感器的上拉电阻，选择的时候要参考NTC的B值，也要考虑实际的应用场景，假设我们希望NTC在较高温度时其测量误差最小，那么在选择上拉电阻的时候，就要使其在常用温度区间每变化1℃，相对应的Vport电压需要尽可能的变化更大，使温度反应出来的电压更加敏感。



以上两点是我们现在用到的最常见的两种情形，还有一些其他的应用场景：

3、以前在TTL电路大量使用的时候，经常会存在TTL电路与CMOS电路电平不匹配的情况，这时候就需要上拉电阻来提高TTL电路的输出电平值。

4、在COMS芯片上，有些管脚不能悬空，一般也会接上拉电阻来降低输入阻抗，提供泄荷通路。

5、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻用于阻抗匹配，有效的抑制反射波干扰。

下拉电阻的应用场景：
下拉电阻在应用上大部分与上拉电阻是一致的，也可以作为NTC电阻的分压电阻（实际一般不这么用，理论上是可行的），也可以在匹配门电路的时候提供一个默认的电平值。但在实际应用场景中，下拉电阻最大的作用还是在于提供一个默认的低电平。

1、用在高边驱动的输出口检测电路，下拉电阻能够提供默认的低电平；

2、用在芯片与芯片之间的控制线路之间，防止在上电初始化过程中电平的状态错乱导致异常的输出；

3、用于低电平有效的管脚上，减少一个逻辑控制口，一直使能芯片。
电阻是我们在电路设计过程中用的最多的器件，不管是上拉电阻、下拉电阻我们在选在使用的时候都需要清楚的了解每一个电阻选出来的原因，包括封装、阻值、误差、功耗等等。因为文章写的仓促，关于电阻的各种细节知识，可能会在以后的时间里慢慢来补充。每一次的交流就是一次自己深刻的学习，愿与大家共同进步。