I2Cラインのプルアップ抵抗を省略するとどうなりますか？

たった今、I ² Cデータとクロックライン（SDAとSCL）にプルアップ抵抗が必要であることに気付きました。

さて、以下の回路図に従って、DS1307 RTC（データシートを参照）を使用していくつかのクロックを作成しました。両方のプルアップ抵抗が省略されていることに注意してください。

どちらの時計も正常に動作し、そのうちの1つは現在3か月以上動作しています。そんなことがあるものか？いずれにせよ、私は知りたいと思いました：

1. I ² Cプルアップが省略されるとどうなりますか？

2. プルアップがないと、ボードのこれら2つのICのいずれかが損傷する可能性がありますか？

私が提供した回路図のようにATmega328PをDS1307 RTCに接続する私の特定のケースに対処する答えを求めていますが、質問が広すぎない場合、プルアップが一般的に省略されたときに何が起こるかを知ることは役立ちます、つまり、I ² C操作の他のシナリオで。

PS。ネットで検索して答えを見つけましたが、プルアップの寸法に関する記事を見つけることができました。

更新：私はArduino IDE 1.03を使用しており、ファームウェアはDS1307RTC Arduino libを使用してRTCを処理します（その機能RTC.read()とを通じてRTC.write()）。そのライブラリはWire.h、RTCとの対話に使用されます。

更新2：以下は、外部プルアップなしでI ² Cがどのように動作するかを説明するために撮影した一連のスコープショットです。

更新3（I ² Cプルアップを追加した後）：適切な（4K7）プルアップ抵抗を（同じボードの）I ² Cラインに追加した後に撮影した別のスコープショットです。立ち上がり時間は約5 µsから290 nsに低下しました。I ² Cは今ではずっと幸せです。

1）I2Cプルアップが省略されるとどうなりますか？

I ² Cバスでの通信はありません。まったく。MCUはI ² C開始条件を生成できません。MCUはI ² Cアドレスを送信できません。

なぜ3ヶ月間機能したのだろうか？読む。

2）プルアップがないため、ボードの2つのICのいずれかが損傷する可能性がありますか？

おそらくない。この特定のケース（MCU、RTC、他に何もない）では、間違いではありません。

3）MCUが最初にI ² Cスレーブデバイスと通信できたのはなぜですか？I ² Cにはプルアップ抵抗が必要です。しかし、それらは回路図には含まれていません。

おそらく、ATmegaで内部プルアップが有効になっています。私が読んだ^1から、ATmegaには20kΩの内部プルアップがあり、ファームウェアから有効または無効にできます。20kΩは、I ² Cプルアップには弱すぎます。ただし、バスの静電容量が小さく（物理的に小さい）、通信が十分に遅い場合でも、20kΩでバスを機能させることができます。ただし、これはディスクリートプルアップ抵抗を使用する場合と比較して、信頼性の高い設計ではありません。

¹私自身はATmegaの男ではありません。

更新：応答として、OPに追加されたI ² C波形OP
の波形の立ち上がり時定数は非常に長くなります。I ² Cの波形は通常次のようになります

PIC18F4550、Vcc = + 5V、2.2kΩプルアップ。波形はSCLを示しています。SDAの立ち上がり時間はほぼ同じです。バスの物理的なサイズは中程度です：2つのスレーブデバイス、PCBの長さ≈100mm。

使用するライブラリ、およびそれが依存するライブラリ（Wire）は、ATMegaの内部プルアップを有効にします。これらは弱いプルアップであり、通常の使用では、外部プルアップ（並列に接続された2つの抵抗）を補完します。20kから70kの比較的高い抵抗のため、使用中の外部の問題に問題があったとしても、それらはあまり発生しません。

I2Cプルアップが省略されるとどうなりますか？

現在、外部抵抗なしで、ラインをハイに駆動するのは弱い内部プルアップのみです。ボードレイアウト、i2cラインの速度、アクセス頻度、外部干渉などに応じて、動作する場合と動作しない場合があります。運が良かった。プルアップはありますが、期待したものではありません。

プルアップの欠如は、私のボードのこれら2つのICのいずれかを損傷する可能性がありますか？

内部プルアップがなくても、プルアップがなくてもどちらのICも損傷しません。i2cデバイスの内部ビルドSClおよびSDAラインは、NPNトランジスタに似ています。それらはオープンコレクターであり、本質的に電流制御/スイッチダイオードです。

ただし、ATMegaが5vで、i2cデバイスが3.3vのみのデバイスである場合、内部プルアップをオンにすると、最後に注意することが問題を引き起こす可能性があります。または、内部プルアップをオンにし、外部抵抗を3.3vまたは他の電圧に接続すると、問題が発生する可能性があります。基本的に、これはWireライブラリの意図的に無視されたバグです。

一般に、I ² Cインターフェース回路にはプルアップ抵抗が必要です。インターフェイスがワイヤの両端で本当に完全な仕様のI ² Cである場合、抵抗のない信号ラインは決して高レベルになりません。それらは低いままであるか、各端の部品の漏れ電流によって決定される中間レベルになることがあります。これは、真のI ² Cがオープンドレインバスであるためです。

一部のデバイスでは、デバイスのI ² Cインターフェイスが使用されていないときにインターフェイスピンを高い非アクティブレベルに保持するために、実際に20K〜100Kオームの範囲のオンチッププルアップ抵抗があります。シンプルで短いインターフェイスの場合、これらのプルアップ抵抗は、クロックやデータの信号が送られている間、ラインをプルアップするのに必要な電流を供給するのに十分かもしれません。

回路図から判断するのは困難ですが、場合によっては、I ² Cインターフェイスが汎用I / Oポートピンを使用して実装され、その後ソフトウェアでビットバンギングされます。実装者は、この構成でオープンドレイン手法を使用してI / Oピンを操作しない場合があり、これがプルアップ抵抗なしのインターフェイスが機能するように見える要因に影響する場合があります。

一日の終わりには、おそらくオシロスコープを使用して以前のクロックの1つで信号をチェックし、インターフェイスの1と0が仕様電圧レベル内で機能しているかどうかを確認する必要があります。そうすれば、その実装で信じられないほど幸運だったのか、上記の要因の1つが働いているのかを確実に知ることができます。

I2Cプルアップが省略されるとどうなりますか？

ほとんどの場合、I2Cバスは単に機能しません。

プルアップの欠如は、私のボードのこれら2つのICのいずれかを損傷する可能性がありますか？

ほとんどないでしょう。

I2Cラインはまったく機能しません。間違っていない場合、I2Cはロー信号をアサートするだけですが、ハイ状態に戻すことはありません。そのため、これらの抵抗が必要です。

プルアップがなくても、ICが損傷することはありません。

I2CはTTLロジックプロトコルです。したがって、データおよびクロックラインはオープンドレインです。つまり、I2CハードウェアはこれらのラインをLowにしか駆動できません。ゼロ以外の場合はフローティングのままになります。それがプルアップ抵抗の出番です。これは単純化された図ですが、少しの間私と協力してください。

^{この回路のシミュレーション –を使用して作成された回路図 CircuitLab}

ご覧のように; TTLロジックが出力をLowに駆動していないときに出力にロジック1が見えるようにするために、プルアップ抵抗が必要です。既に述べたように、TTLロジックはラインをハイに駆動できません。これが存在しない場合、出力はフローティングのままになり、出力で表示されるものを予測できません（知っているすべての場合、電子レンジまたは同僚の特定の無糖のグミのクマが発生する可能性があり変動する値）。

さて、マイクロコントローラを備えたソフトウェアにI2Cを実装する場合、出力を高または低の両方で駆動できるCMOSロジックを使用する可能性が高いため、これはあまり問題ではないでしょう。

クロックを供給するマスターとしてマイクロを使用してI2Cをバングすると、プルアップなしでSCLを駆動できました。

ただし、スレーブデバイスがプルダウンして適切に応答できるように、SDAはプルアップでOCである必要があります。

よろしく