I²C 풀업 저항 계산기

두 한계 사이의 창

I²C는 오픈 드레인입니다. 장치는 라인을 끌어내리기만 하고, 올리는 것은 풀업 저항의 몫입니다. 그래서 저항값은 양쪽에서 압박을 받습니다.

• 너무 작으면 — 라인을 끌어내릴 때 흘려야 하는 전류가 장치의 능력을 넘습니다. 로우 레벨이 올라가 상대가 0으로 읽지 못합니다.
• 너무 크면 — 상승이 느려져 다음 클럭 에지 전에 하이에 도달하지 못합니다.

이 계산기는 두 한계를 각각 구하고 그 사이에 들어가는 표준값을 보여 줍니다. 창이 비어 있다면 어떤 저항으로도 조건을 만족할 수 없다는 뜻이고, 속도를 낮추거나 버스 용량을 줄여야 합니다.

4.7k는 계산 결과가 아닙니다

회로도에서 가장 자주 보이는 값이지만 근거가 있는 것은 아닙니다. 100kHz 표준 모드에 버스 용량이 100pF 남짓인 흔한 조건에서 창 안에 들어가기 때문에 관행이 됐습니다.

조건이 달라지면 맞지 않습니다. 400kHz로 올리면 상승 시간 요구가 세 배 빡빡해지고, 장치를 여러 개 달아 용량이 300pF가 되면 4.7k로는 올라오지 못합니다. 그럴 때 증상은 통신이 아예 안 되는 것이 아니라 가끔 실패하는 형태라 원인을 찾기 어렵습니다.

버스 용량을 세는 법

장치의 핀 용량은 데이터시트에 있고, 배선은 대략 1cm당 1pF를 더합니다. 여기에 커넥터와 브레드보드가 더해집니다.

정확히 알기 어려우므로 넉넉하게 잡는 편이 안전합니다. 규격 상한은 400pF이고 그 근처라면 풀업을 아무리 세게 해도 400kHz는 어렵습니다. 그때는 버스를 나누거나 버퍼를 쓰는 쪽이 답입니다.

모듈마다 풀업이 실려 있습니다

브레이크아웃 보드에는 대개 풀업이 붙어 있습니다. 하나만 쓸 때는 편하지만, 여러 개를 같은 버스에 물리면 전부 병렬이 됩니다.

4.7k 세 개가 병렬이면 1.57k입니다. 상승은 빨라지지만 끌어내릴 때 전류가 2mA를 넘어 장치가 로우 레벨을 못 만들 수 있습니다. 보통은 모듈 하나만 남기고 나머지의 풀업을 떼거나, 애초에 풀업이 없는 모듈을 고릅니다.

끌어내리는 전류의 상한

규격은 장치가 3mA까지 흘릴 수 있다고 봅니다. 실제로는 데이터시트의 V_OL 조건에 적힌 전류가 기준이고, 많은 마이크로컨트롤러가 3mA에서 0.4V를 보장합니다.

그 전류를 넘기면 로우 레벨이 올라갑니다. 0.4V였던 것이 0.8V가 되면 상대의 입력 문턱에 걸쳐 불안정해집니다. 계산기가 최소 저항을 구할 때 쓰는 것이 이 조건입니다.

계산에 없는 것

버스 길이에 따른 반사, 다른 신호와의 결합, 온도에 따른 저항 변동은 계산에 들어 있지 않습니다. 창의 가장자리에 걸친 값을 고르기보다 가운데 근처의 표준값을 쓰는 편이 안전합니다.

주소 충돌이나 스캔 문제를 보고 계시다면 I²C 주소 변환기 쪽입니다.