Pull-up-Widerstand-Rechner für Strom und Low-Senkstrom

Dieser Rechner wendet das Ohmsche Gesetz auf einen Digitaleingang oder Open-Drain-Ausgang an, der über einen Pull-up-Widerstand mit einer positiven Versorgung verbunden ist. Geben Sie Versorgungsspannung und Widerstand ein, um den Strom bei aktivem Low-Pegel, den entsprechenden Senkstrom in Ampere und Milliampere sowie die ideale Verlustleistung des Widerstands zu ermitteln. Die Berechnung nimmt einen perfekten Low-Pegel von null Volt an und bietet Ihnen eine klare erste Prüfung für Bauteilauswahl, GPIO-Belastung und Leistungsbudget.

Verstehen Sie die Bedeutung des Pull-up-Stroms

Ein Pull-up-Widerstand verbindet einen Signalknoten mit der positiven Versorgung, damit ein definierter High-Pegel entsteht, wenn kein Bauteil das Signal aktiv treibt. Erzwingt ein Open-Drain-, Open-Collector- oder gewöhnlicher Digitalausgang einen Low-Pegel, schafft er einen Pfad nach Masse. Der Strom fließt von der Versorgung durch den Pull-up-Widerstand in den Ausgangspin.

Dieser Rechner setzt den idealen Low-Pegel mit null Volt an; deshalb liegt die gesamte Versorgungsspannung am Widerstand. Er berechnet den Strom mit I = V / R. Derselbe Wert wird als Low-Pegel-Senkstrom ausgegeben, weil der Ausgang ihn ständig aufnehmen muss, solange er den Knoten niedrig hält.

Angaben in Ampere und Milliampere erleichtern den Vergleich mit Datenblattgrenzen. Nutzen Sie das Ergebnis als Erstprüfung: Der gewählte Widerstand darf nicht mehr Strom fordern, als der Ausgang sicher aufnehmen kann. Beachten Sie außerdem, dass jedes dauerhaft aktive Low-Signal diesen Strom aus der Versorgung bezieht.

Wählen Sie den Widerstand nach Strom, Geschwindigkeit und Leistung

Ein größerer Pull-up-Widerstand verringert Low-Strom und statische Leistung, ein kleinerer Wert erzeugt dagegen einen stärkeren Pull-up. Dabei geht es nicht nur ums Energiesparen. Der Widerstand muss die gesamte Signalkapazität laden, einschließlich Leiterbahnen, Steckverbindern, Bauteilpins und Tastköpfen.

Ein sehr hoher Wert kann eine Flanke erzeugen, die für Bustakt oder Empfängereingang zu langsam ansteigt. Ein sehr niedriger Wert kann den garantierten Senkstrom überschreiten oder einen gültigen Low-Pegel verhindern. Verwenden Sie das Ergebnis zusammen mit den absoluten Maximalwerten und empfohlenen Betriebsbedingungen des Pins, nicht an deren Stelle.

Die ausgegebene Widerstandsleistung folgt P = V² / R und beschreibt die ideale Verlustleistung im Low-Zustand. Wählen Sie eine Nennleistung mit ausreichender thermischer Reserve. Bei einem Signal, das nur zeitweise niedrig ist, sinkt die mittlere Leistung mit dem Low-Tastgrad; der momentane Senkstrom bleibt jedoch unverändert.

Übertragen Sie die ideale Annahme auf die reale Schaltung

Reale Ausgangstransistoren ziehen ein Signal gewöhnlich nicht exakt auf null Volt. Das Datenblatt nennt bei einem bestimmten Senkstrom eine maximale Low-Ausgangsspannung, meist VOL. In der realen Schaltung liegt am Widerstand ungefähr die Versorgungsspannung abzüglich VOL; der tatsächliche Strom ist daher etwas kleiner als der angezeigte Idealwert.

Betrachten Sie das Ergebnis als konservative Schätzung, wenn VOL gegenüber der Versorgung klein ist. Bestätigen Sie den Entwurf anschließend iterativ: Vergleichen Sie den berechneten Strom mit der Prüfbedingung, lesen Sie die VOL-Garantie und prüfen Sie, ob der Empfänger die Spannung weiterhin als Low erkennt. Berücksichtigen Sie auch parallele Pull-ups, deren gemeinsame Leitfähigkeit den Senkstrom deutlich erhöhen kann.

Prüfen Sie schließlich Startbedingungen, Pegelwandler-Topologie, Spannungstoleranz und Leckströme. Das Ohmsche Gesetz beantwortet die Stromfrage, doch eine sichere Digitalschnittstelle hängt von Grenzen und Schwellen aller angeschlossenen Bauteile ab.