上拉電阻、下拉電阻 / 拉電流、灌電流 / 扇出系數知識

(一)上拉電阻：

1、當TTL電路驅動COMS電路時，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平 (一般為3.5V)，這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。

2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。

3、為加大輸出引腳的驅動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。

4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。同時管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾(MOS器件為高輸入阻抗，極容易引入外界干擾)。

5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。

6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。

7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

(二)上拉電阻阻值的選擇原則包括:

1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大：電阻大，電流小。

2、從確保足夠的驅動電流考慮應當足夠小：電阻小，電流大。

3、對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。

綜合考慮以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理。

(三)對上拉電阻和下拉電阻的選擇應結合開關管特性和下級電路的輸入特性進行設定，主要需要考慮以下幾個因素：

1. 驅動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅動能力越強，但功耗越大，設計是應注意兩者之間的均衡。

2. 下級電路的驅動需求。同樣以上拉電阻為例，當輸出高電平時，開關管斷開，上拉電阻應適當選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。

3. 高低電平的設定。不同電路的高低電平的門檻電平會有不同，電阻應適當設定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當輸出低電平時，開關管導通，上拉電阻和開關管導通電阻分壓值應確保在零電平門檻之下。

4. 頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設定應考慮電路在這方面的需求。(四)下拉電阻的設定的原則和上拉電阻是一樣的。

OC門輸出高電平時是一個高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設輸入端每端口不大于100uA,設輸出口驅動電流約500uA，標準工作電壓是5V，輸入口的高低電平門限為0.8V(低于此值為低電平);2V(高電平門限值)。

選上拉電阻時：

500uA x 8.4K= 4.2即選大于8.4K時輸出端能下拉至0.8V以下，此為最小阻值，再小就拉不下來了。如果輸出口驅動電流較大，則阻值可減小，保證下拉時能低于0.8V即可。當輸出高電平時，忽略管子的漏電流，兩輸入口需200uA,200uA x15K=3V即上拉電阻壓降為3V，輸出口可達到2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到2V了。選10K可用。COMS門的可參考74HC系列。

設計時管子的漏電流不可忽略，IO口實際電流在不同電平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時要喂飽后面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了(否則多余的電流喂給了級聯的輸入口，高于低電平門限值就不可靠了)

上拉電阻：將某輸出電位點采用電阻與電源VDD相連的電阻。因為輸出端可以看作是具有內阻的電壓源，由于上拉電阻與VDD連接，利用該電阻的分壓原理(一般上拉電阻比輸出端內阻大得多，至于該阻值的大小見上拉電阻的選取原則)，從而將輸出端電位拉高。

1.如果電平用OC(集電極開路，TTL)或OD(漏極開路，COMS)輸出，那么不用上拉電阻是不能工作的， 這個很容易理解，管子沒有電源就不能輸出高電平了。

2.如果輸出電流比較大，輸出的電平就會降低(電路中已經有了一個上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高)，就可以用上拉電阻提供電流分量， 把電平“拉高”。(就是并一個電阻在IC內部的上拉電阻上， 讓它的壓降小一點)。當然管子按需要該工作在線性范圍的上拉電阻不能太小。當然也會用這個方式來實現門電路電平的匹配。