在电子设计领域，I2C 总线是一种常用的通信总线，而在 I2C 总线上接上拉电阻是一个常见的操作。那么，I2C 为什么要接上拉电阻呢？这主要是因为它采用的是开漏输出方式。
I2C 协议支持多个主设备与多个从设备在一条总线上进行通信。如果不采用开漏输出，而是使用推挽输出，就会出现主设备之间短路的情况。所以，为了保证总线的正常运行，一般会使用开漏输出。这里可以拓展了解一下推挽、开漏、OC、OD 的特点与应用，这有助于我们更深入地理解 I2C 总线的工作原理。
接上拉电阻的关键原因在于 I2C 通信需要具备输出高电平的能力。通常情况下，开漏输出本身无法输出高电平，但如果在漏极接上拉电阻，就能够实现电平转换。I2C 总线由两条总线 SDA 和 SCL 组成，连接到总线的器件的输出级必须是漏极开路，并且都通过上拉电阻连接到电源，这样才能够实现 “线与” 功能。当总线处于空闲状态时，这两条线路都呈现高电平。
接下来我们探讨一下上拉电阻阻值的确定方法。一般 IO 端口的驱动能力在 2mA～4mA 量级。从功耗方面考虑，阻值不能过小。如果上拉阻值过小，VDD 灌入端口的电流将较大，功耗会显著增加，而且会导致端口输出的低电平值增大（I2C 协议规定，端口输出低电平的允许值为 0.4V）。所以，通常上拉电阻应选取不低于 1K 的电阻（当 VDD＝3V 时，灌入电流不超过 3mA）。从速度方面考虑，阻值不能过大。这是因为它取决于上拉电阻和线上电容形成的 RC 延时，RC 延时越大，波形就越偏离方波趋向于正弦波，数据读写正确的概率就会降低。此外，I2C 总线上的负载电容不能超过 400pF。当 I2C 总线上器件逐渐增多时，总线负载电容也会相应增加。当总的负载电容大于 400pF 时，I2C 总线就不能可靠地工作，这也体现了 I2C 的局限性。综合考虑，建议上拉电阻可选用 1.5K，2.2K，4.7K。
，我们来了解一下 I2C 总线的基本操作。根据 I2C 总线规范，总线空闲时两根线都必须为高。假设主设备 A 需要启动 I2C，它需要在 SCL 高电平时，将 SDA 由高电平转换为低电平作为启动信号。主设备 A 在把 SDA 拉高后，需要再检查一下 SDA 的电平。这是因为 “线与” 的特性，如果主设备 A 拉高 SDA 时，已经有其他主设备将 SDA 拉低了，由于 1 & 0 = 0 ，那么主设备 A 在检查 SDA 电平时，会发现不是高电平，而是低电平。这说明其他主设备抢占总线的时间比它早，主设备 A 只能放弃占用总线。如果 SDA 是高电平，说明主设备 A 可以占用总线，然后主设备 A 将 SDA 拉低，开始通信。因此，在模拟 I2C 时，一定要将 GPIO 端口设置为开漏输出并加上拉电阻。
