上拉下拉电路设计详解

上拉下拉电路设计详解

1、有些老外给的DEMO设计是故意骗人的，千万不要上当，10K是弱上拉，

电流很小，信噪比低，即使勉强能上拉，做出的系统也不可靠。同样下拉用1K才有效。如果图纸

上给出更小的阻值，比如：510欧下拉，那就用小的，老外在这点上是很实成的，当他给出比1K小

的下拉，那可以确信地说，1K肯定拉不下来。

2、坚决不使用内上/下拉，视其不存在。在芯片里做电阻非常不容易，一般要用晶体管或场效应管做，电阻奇大无比且不易做准(易受温度影响而变化)，

很难做小电阻，导致弱上/下拉，稍有风吹草动，就会出错。而且系统的稳定不能寄托在别人的芯片稳定上，

那会很被动，由于芯片批次不同，你的系统稳定性严重依赖于芯片厂商。另外，加入外部上下拉，可以避免疑神疑鬼，

至少外部信号是确定值，便于迅速定位问题。

3、为什么固定使用4.7K和1K，因为电阻的阻值是离散的，只能

选择离散点上值，就好像人民币面值没有70元的，只能用50元和20元拼凑。一旦上下拉标准确定，采购时容易

上批量，大家交流也方便，另外便于生产，因为帖片机的飞梭盘数目有限，如果器件种类过多，就要频繁换盘，

耽误生产时间。

4、不用引脚不可悬空，FPGA的IO脚除外。TTL器件可以悬空，CMOS器件输入悬空会静电击穿，

输出悬空会闩锁，CMOS就是这么怪，有时系统运行不正常了，放一段时间又好了，八成是输出悬空了。内部带

上下拉的器件也不能悬空，理由如上2，非不能也，实不信也。

5、不能直接接电源上拉或地下拉，否则会有

倒灌和过流危险，功耗也大。总之，上拉用4.7K，下拉用1K，忽略内部上下拉，未用引脚不悬空，不直接接

电地。 4.7K上拉和1K下拉，兼顾了功耗和稳定性，重点是稳定性(不是实验室稳定，而是恶劣现场稳定)，这种

阻值的功耗很小，如果想进一步降低功耗，应选用低压器件并降低运行频率。用10K/20K 上下拉，用内部上下拉，

不论何种原因的悬空引脚，系统皆不可能可靠。

上下拉电阻：

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，以提高输出的高电平值。

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。

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

电阻的具体取值怎么计算的？

上拉电阻是不是应该是接Vcc再接电阻，然后接到管脚上的？

一般上下拉的电阻取值都有个特定的范围,不能太大,也不能太小.都在几K到几十K之间吧,具体的还要看电路要求.

至于接法,上拉电阻简单来说就是把电平拉高，通常用4.7－10K的电阻接到Vcc电源，下拉电阻则是把电平拉低，电阻接到GND地线上。所以是接电源或者接地,再接到需要拉高或者拉地电平的节点上的.

一般说来，不光是重要的信号线，只要信号在一段时间内可能出于无驱动状态，就需要处理。比如说，一个CMOS门的输入端阻抗很高，没有处理，在悬空状况下很容易捡拾到干扰，如果能量足够甚至会导致击穿或者闩锁，导致器件失效。祈祷输入的保护二极管安全工作吧。如果电平一直处于中间态，那输出就可能是不确定的情况，也可能是上下MOS都导通，对器件寿命造成影响。

总线上当所有的器件都处于高阻态时也容易有干扰出现。因为这时读写控制线处于无效状态，所以不一定会引起问题。你如果觉得自己能够接受的话也就将就了。但是这时你就要注意到，控制线不能悬空，不然……

TTL电路的输入端是一个发射极开路引出的结构，拉高或者不接都是高电平，但是强烈建议不要悬空不接。

上拉还是下拉？要看需要。一方面器件可能又要求，另一方面，比如总线上两个器件，使能控制都是高有效，那么最好下拉，否则当控制信号没有建立的时候就会出现两个冲突，可能烧片。如果计算机总线上面挂了一个D/A，上电复位信号要对它清零或者预置，那么总线可以上下拉到你需要的数字。

至于上下拉电阻的大小，这个情况就比较多了。CMOS输入的阻抗很高，上下拉电阻阻值可以大一些，一般低功耗电路的阻值取得都比较大，但是抗干扰能力相应比较弱一些。

很多场合下拉电阻取值比上拉电阻要小，这个是历史遗留问题。如上面所说，TTL电路上拉时输入3集管基射反偏，没有什么电流，但是下拉时要能够使得输入晶体管工作，这个在TTL的手册中可以查到。

也是为了这个历史遗留问题，有些CMOS器件内部采用了上拉，这时它会告诉你可以不处理这些管脚，但是这时你就要注意了，因为下拉再用10K可能不好使，因为也许内置的20K 电阻和外置的10Ｋ把电平固定在了1V左右。

有时候你会看到150欧姆或者50欧姆左右的上下拉电阻，尤其是在高速电路中会看到。

150欧姆电阻下拉一般在PECL逻辑中出现。PECL逻辑输出级是设计开路的电压跟随器，

需要你用电阻来建立电压。

50欧姆的电阻在TTL电路中用的不多，因为静态功耗实在是比较大。在CML电路和PECL 电路中兼起到了端接和偏置的作用。

CML电路输出级是一对集电极开路的三极管，需要一个上拉电阻来建立电平。这个电阻可以放在发送端，那么接受端还需要端接处理，也可以放到接受端，这时候端接电阻和偏置电阻就是一个。PECL电路结构上就好像CML后面跟了一个射极跟随器。

OC门也使用上拉电阻，这个和CML有一点相像，但是还不太一样。CML和PECL电路中三极管工作在线形区，而普通门电路和OC/OD门工作在饱和区。OC/OD门电路常用作电平转换或者驱动，但是其工作速度不会太快。为什么？在OC/OD门中，上拉电阻不能太小，否则功耗会很大。而一般门的负载呈现出一个电容，负载越多，电容越大。当由高到低跳变时，电容的放电通过输出端下拉的MOS或者Bipolar管驱动，速度一般还是比较快的，但是由低到高跳变的时候，就需要通过上拉电阻来完成，R大了几十甚至上百倍，假设C不变，时间常数相应增加同样的倍数。这个在示波器上也可以明显的看出：上升时间比下降时间慢了很多。其实一般门电路上拉比下拉的驱动能力都会差一些，这个现象都存在，只不过不太明显罢了？

在总线的上下拉电阻设计中，就要考虑同样的问题了：总线上往往负载很重，如果你要电阻来提供一些值，你就必须保证电容能通过电阻在一定时间内放电到可接受的范围。如果电阻太大，那么就可能出错。

PLD可编程上下拉，还有总线保持也相当于上下拉，可以省去外接电阻。但是有一些麻烦。

一般输入端才需要上下拉，假设器件10K是一个可行的值，那么10个元件并联会等效有多大的输入上拉电阻？1K。

也就是说，如果你想给信号线预置一个低电平，可能需要200欧姆的外置下拉电阻。这种情况下，如果还有一个3门驱动这个信号，高电平的时候需要扇出15mA左右的静态电流，有点太大了。这就是附加的负载效应。

如果两个器件一个上拉一个下拉，当一个3态门驱动，输出3态时会怎么样？电平1.5V左右，两个门处于不高不低的状态，预置电平的目的没有达到，而且可能诱发震荡，对器件寿命造成影响。

内置上下拉电阻使得设计可靠的电路复杂性增加了，一个不留神就可能留下隐患，而且很难分析，使用中要非常非常小心。如果能够外接电阻，尽量还是少采用内置上下拉或者总线保持的门电路吧。

电阻的上拉与下拉

在网上看到一些对电阻的上拉和下拉不太明白的，输入端的上拉及下拉非常简单但也非常重要。

上拉：通过一个电阻对电源相连。下拉：通过一个电阻到地。

上下拉一般有两个用处：提高输出信号的驱动能力、确定输入信号的电平（防止干扰）。

用过8051的都知道CPU的I/O上通常接有排阻（上拉到5V），这里主要是为了提高输出驱动能力的。因为8051的CPU不是标准的I/O口，输出为低电平时可以吸收均20mA的电流，但输出为高的时候是通过内部一个很大的电阻上拉的，输出高电平时驱动能力很差，所以就通过外部上拉来提高电平输出驱动能力。

一般一个三极管的基极都有两个电阻，一个限流一个上拉或下拉，此处的上下拉主要为了确定输入信号的电平。其实目标是为了防止干扰，因为器件的输入接口一般内阻都很大，很容易受干扰。接一个上下拉电阻其实也就是降低了输入阻抗，提高了抗干扰能力。

一般元器件不用的输入口通要求接上拉或下拉电阻。注意，不用的输出接口就不要接东西了。

拉电流和灌电流就是从芯片外电路通过引脚流入芯片内的电流,区别在于吸收电流是主动的，从芯片输入端流入的叫拉电流,灌入电流是被动的,从输出端流入的叫灌入电流。

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

当逻辑门输出端是低电平时，灌入逻辑门的电流称为灌电流，灌电流越大，输出端的低电平就越高。由三极管输出特性曲线也可以看出，灌电流越大，饱和压降越大，低电平越大。逻辑门的低电平是有一定限制的，它有一个最大值UOLMAX。在逻辑门工作时，不允许超过这个数值，TTL逻辑门的规范规定UOLMAX ≤0.4～0.5V。

当逻辑门输出端是高电平时，逻辑门输出端的电流是从逻辑门中流出，这个电流称为拉电流。拉电流越大，输出端的高电平就越低。这是因为输出级三极管是有内阻的，内阻上的电压降会使输出电压下降。拉电流越大，高电平越低。逻辑门的高电平是有一定限制的，它有一个最小值UOHMIN。在逻辑门工作时，不允许超过这个数值，TTL逻辑门的规范规定UOHMIN ≥2.4V。

由于高电平输入电流很小，在微安级，一般可以不必考虑，低电平电流较大，在毫安级。所以，往往低电平的灌电流不超标就不会有问题，用扇出系数来说明逻辑门来同类门的能力。扇出系数No是低电平最大输出电流和低电平最大输入电流的比值

对于标准TTL门，NO≥10；对于低功耗肖特基系列的TTL门，NO≥20