参考图4477

1-Wire®双向电平转换器(1.8V至5V)参考设计

Stewart Merkel, 高级技术人员

摘要:设计人员要求1-Wire主机IO采用漏极开路架构,工作在1.8V。而多数1-Wire从器件无法工作在1.8V。本应用笔记介绍了实现1.8V 1-Wire主机与5V 1-Wire从器件之间电平转换的参考设计(RD)。该参考设计用于驱动典型的1-Wire从器件,利用MAX3394E电平转换器实现电平转换。

引言

FPGA、微处理器、DS2482-100DS2480B是常见的1-Wire主机器件。1-Wire/iButton®从器件由Maxim生产,该系列器件的典型工作电压为2.8V至5.25V。过去,传统的1-Wire主机和从器件均采用5V漏极开路逻辑。

现在,设计人员需要1-Wire主机IO提供1.8V的漏极开路逻辑。而大部分1-Wire从器件可以安全地工作在5V,它们中的绝大多数无法工作在1.8V。需要一个双向电平转换器克服这种限制。本参考设计(RD)采用Maxim®的MAX3394E双向电平转换器,用于解决这类应用中的问题。

电平转换器

MAX3394E双向电平转换器采用8引脚、3mm x 3mm TDFN封装。借助其内部摆率增强电路,可理想用于大电容负载驱动。1-Wire从器件电容负载通常大于500pF。MAX3394E的VCC I/O引脚具有±15kV HBM (人体模式)静电保护,为1-Wire主机提供保护。1-Wire总线通常用于连接外部世界,HBM保护是基本需求。推荐在上拉电阻(R3)、可选择的强上拉电路以及1-Wire从器件处使用DS9503P以增强ESD保护。

应用电路

图1所示电路利用MAX3394E实现1.8V至5V双向电平转换,系统采用漏极开路端口。

图1. 1-Wire双向电平(1.8V至5V)转换器电路原理图,注意,引脚I/O VL和I/O VCC具有10kΩ内部上拉。
图1. 1-Wire双向电平(1.8V至5V)转换器电路原理图,注意,引脚I/O VL和I/O VCC具有10kΩ内部上拉。

该参考设计的BOM (材料清单)如表1所示。

表1. 材料清单
Item Quantity Reference Part Manufacturer Part Number
1 1 C1 1.0µF 0402 Panasonic ECJ-0EB0J105M
2 2 C2, C3 0.1µF 0201 Panasonic ECJ-ZEB0J104K
3 1 Q1 BSS84-7-F Diodes, Inc/Zetex BSS84-7-F
4 1 R1 33Ω 0201 Panasonic ERJ-1GEJ330C
5 1 R2 10kΩ 0402 Panasonic ERJ-2RKF1002X
6 1 R3 1kΩ 0402 Panasonic ERJ-2RKF1001X
7 1 R4 2.2kΩ 0402 Panasonic ERJ-2RKF2201X
8 2 CH1, CH2 TEST POINT N/A N/A
9 1 U1 MAX3394E Maxim MAX3394EETA+

波形测量/测试结果

图2图5是对评估电路板进行测试得到的结果。

测试条件为:
  • VL = 1.8V
  • VCC = 5.0V
  • CH1:1-Wire主机(OW_MASTER)
  • CH2:DS1920 (OW_SLAVE)
  • OW_SLAVE线长:2.4米,最大值。
  • 测试时没有使用图1中可选择的强上拉电路。
  • 仅在室温下测量。
图2. 从1-Wire复位波形可以看出MAX3394E的性能,在线应答脉冲幅度不超过250mV,低于典型1-Wire主机VIL的0.4V最大电压。
图2. 从1-Wire复位波形可以看出MAX3394E的性能,在线应答脉冲幅度不超过250mV,低于典型1-Wire主机VIL的0.4V最大电压。

图3. 1-Wire写操作波形,写“1”时隙,tLOW1 < 15µs。
图3. 1-Wire写操作波形,写“1”时隙,tLOW1 < 15µs。

图4. 1-Wire写操作波形,写“0”时隙,60µs < tLOW0 < 120µs。
图4. 1-Wire写操作波形,写“0”时隙,60µs < tLOW0 < 120µs。

图5. 1-Wire读操作波形,1-Wire从机漏极开路端口返回的读“0”时隙,电平低于典型1-Wire主机VIL的0.4V最大值。
图5. 1-Wire读操作波形,1-Wire从机漏极开路端口返回的读“0”时隙,电平低于典型1-Wire主机VIL的0.4V最大值。

结论

该参考设计用于实现1.8V至5V 1-Wire双向电平转换,驱动典型的1-Wire从器件。本文介绍了设计电路的搭建与测试,给出了电路原理图、BOM及典型测试波形。

1-Wire是Maxim Integrated Products, Inc.的注册商标。

iButton是Maxim Integrated Products, Inc.的注册商标。

Maxim是Maxim Integrated Products, Inc.的注册商标。



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