MCU IO口电压下降原因分析

前几天一个工程师向我反馈他测得如下电路MCU IO口的电压不是3.3V，只有2V多。

IO配置的是输入功能，无上下拉。最初我不太相信这个结果，后来自己用万用表实际测量了下，还真是这个结果

这是咋回事呢？不应该电压就是3.3V吗？后来经高人指点可能是IO口输入漏电流的原因，输入漏电流在MCU数据手册中符号为Ilkg，lkg表示Input leakage current。

IO口的内部是CMOS器件，因为 CMOS 是高输入阻抗器件, 理想状态下IO接一个高电平是没有输入电流的。但实际情况因为存在一个输入阻抗，所以还是会有微弱的电流，这个电流叫做漏电流。

那么电压降低到2.48V是不是就是因为输入漏电流的原因呢？

答案是否，因为如果电压就是2.48V，那么漏电流有（3.3V-2.48V）/3.6M=227nA，这个和上述数据手册最大100nA对不上啊！

真实的原因是万用表自身的内阻导致的，就算上拉电阻不接MCU的IO，直接用万用表测电压下面，测出来也是2.4几V，这也可以验证和IO输入漏电流无关。

万用表在测量电压时，内部具有电阻，通常被称为输入阻抗。不同型号和品牌的万用表有不同的输入阻抗，一般在兆欧姆（MΩ）的数量级。

通常，万用表的输入阻抗可以在用户手册或仪器上找到。一些典型的值包括10 MΩ或更高。

这个输入阻抗会影响测量结果，特别是在测量高阻值电路时，比如对上述电路就会产生很大影响，因为上拉电阻太大了，

假设万用表输入阻抗是10 MΩ，实际测量电压值为10/(3.6+10)*3.3V=2.43V。

对于一般的上拉电阻比如1KΩ，实际测量电压值为10000000/(1000+10000000)*3.3V≈3.3V，几乎无影响了。

对于上述的两个电路，要想得到准确的电压值，只能选用更高输入阻抗的测量仪器。我这里选用了泰克DMM4050来测试第一个电路，同时要注意设置为高输入阻抗模式，因为它默认也是10MΩ。这时候测得的电压值如下：

启用高输入阻抗的设置方法可以在说明书中找到：

设置之后阻抗会超过10GΩ，这时测的电压就准确了，测得的电压相比3.3V也有下降，只是不会再下降那么多，这时再来估算一下漏电流，（3.3V-3.10V）/3.6M=56nA，这就符合实际了。

如果测第二个电路电压，那电压几乎就是3.3V。由此可见不同的测量仪器差别还是挺大的。

最后你可能会问他为什么要接这么大阻值的上拉电阻呢，欢迎大家留言区讨论。

审核编辑：汤梓红