参考电路 4477

1-Wire 双向电平转换器(1.8V至5V)参考设计



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。

 

引言

FPGA、微处理器、DS2482-100和DS2480B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。

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。

 
Status:
Package:
Temperature:

MAX31820PAR
1-Wire Parasite-Power, Ambient Temperature Sensor

  • Unique 1-Wire Interface Requires Only One Port Pin for Communication
  • Derives Power from Data Line (Parasite Power); No Local Power Supply Needed
  • Multidrop Capability Simplifies Distributed Temperature-Sensing Applications

MAX31820
1-Wire环境温度传感器

  • 独特的1-Wire接口仅占用一个端口引脚通信
  • 每个器件具有唯一的64位序列号,储存在片上ROM
  • 多点处理功能简化了分布式温度检测设计

MAX31826
带有1Kb可锁存EEPROM的1-Wire数字温度传感器

  • 独特的1-Wire接口仅需一个引脚进行通信
  • 集成温度传感器和EEPROM,减少元件数量
  • 多点通信简化多传感器系统设计

DS1922E
iButton温度记录器,带有8KB数据记录存储器

  • 自动唤醒并测量温度,以8位或16位格式在8KB数据记录存储器中保存数据
  • 数字温度计以8位(0.5°C)或11位(0.0625°C)分辨率测量温度
  • 测温精度:+110°C至+140°C范围内为±1.5°C、+15°C至+110°C范围内精度典型值为±7°C

DS28EC20
20Kb 1-Wire EEPROM

  • 20480位非易失性(NV) EEPROM被分为80个256位页
  • 独立的一块8页存储器(块)可以设置为永久的写保护或OTP EPROM仿真模式(“写为0”)
  • 读写访问高度向后兼容以前的器件(例如,DS2433)

DS28EA00
1-Wire数字温度计,具有顺序检测和PIO

  • 数字温度计测量范围:-40°C至+85°C
  • 用户可选择的9至12位温度分辨率
  • 独特的1-Wire接口,仅需单个引脚即可进行通信

DS1972
iButton 1024位EEPROM

  • 1024位EEPROM存储器,分成四个页面,每页256位
  • 独立的存储页面,可以被永久写保护或进入EPROM仿真模式(“改写为0”)
  • 切换点滞回与滤波可以优化噪声指标

MAX3394E
±15kV ESD保护、大电流驱动、双/四/八通道电平转换器,带有加速电路

  • VCC侧I/O线具有±15kV ESD保护
  • 双向电平转换无需方向引脚
  • VL_侧I/O和VCC_侧I/O具有10mA吸入/15mA源出电流能力

DS28E01-100
1Kb、保护型1-Wire EEPROM,带有SHA-1引擎

  • 1024位EEPROM存储器,分为4页,每页256位
  • 内置512位SHA-1引擎,用于计算160位信息认证码(MAC)或生成密钥
  • 写访问需要已知密钥, 并且能够计算和发送160位MAC作为认证

DS28E04-100
4096位、可寻址、1-Wire EEPROM,带有PIO

  • 4096位EEPROM存储器,划分成16页,每页256位
  • 7个地址输入,用于配置物理地置
  • 两个通用PIO引脚,具有脉冲产生功能

DS1923
Hygrochron iButton器件,具有8KB数据记录存储器

  • 数字湿度计以8位(0.6%RH)或12位(0.04%RH)的分辨率测量湿度
  • 工作范围:-20°C至+85°C;0至100%RH (见完整数据资料的安全操作范围)
  • 自动唤醒,测量温度与/或湿度,并以8位或16位格式在8KB数据记录存储器中保存数据

DS2431
1024位1-Wire EEPROM

  • 1024位EEPROM存储器,分成四页,每页256位
  • 独立的存储区页,可以被永久写保护或进入EPROM仿真模式(“写入0”)
  • 切换点滞回与滤波可以在噪声下获得最佳性能

DS1922L
iButton温度记录器,带有8KB数据记录存储器

  • 自动唤醒并测量温度,以8位或16位格式在8KB数据记录存储器中保存数据
  • 数字温度计以8位(0.5°C)或11位(0.0625°C)分辨率测量温度
  • 经过软件校准后,DS1922L的精度在-10°C至+65°C范围内优于±0.5°C,DS1922T在+20°C至+75°C范围内精度优于±0.5°C

DS1922T
iButton温度记录器,带有8KB数据记录存储器

  • 自动唤醒并测量温度,以8位或16位格式在8KB数据记录存储器中保存数据
  • 数字温度计以8位(0.5°C)或11位(0.0625°C)分辨率测量温度
  • 经过软件校准后,DS1922L的精度在-10°C至+65°C范围内优于±0.5°C,DS1922T在+20°C至+75°C范围内精度优于±0.5°C

DS1977
iButton 32K字节EEPROM

特性
  • 32K字节EEPROM以每页64字节的页面存放
  • 可选的保护口令,读取和完全访问具有不同的64位口令
  • 使用1-Wire协议,通过单根数据线,以最高15.3kbps的标准速度或最高125kbps的过驱动模式与主机通信
iButton共性
  • 唯一的、由工厂光刻和测试的64位注册号,没有任何两个器件相同,保证了器件选择无差错以及绝对可溯性
  • 内置的多节点控制器实现1-Wire网络
  • 基于芯片的数据载体存储数字标识和信息,采用坚固的不锈钢封装

DS1921G
Thermochron iButton器件

  • 数字温度计以0.5°C分辨率测量温度
  • 在-30°C至+70°C范围内精度保持±1°C,详细规格参见EC表。
  • 内置实时时钟(RTC)和定时器,在0°C至45°C温度范围内具有每月±2分钟的精度
iButton共性:
  • 通过瞬时接触即可完成数字识别和信息获取
  • 唯一的、由工厂光刻和测试的64位注册号(8位家族码 + 48位序列号 + 8位CRC校验码),保证每个器件绝对可溯,因为没有任何两个器件相同。
  • 多节点控制器实现1-Wire网络

DS18S20
1-Wire寄生供电数字温度计

  • 独特的1-Wire®接口,通信只需要一个端口
  • 最大程度提高各种热管理应用的系统精度
  • 寄生供电模式只需要2个引脚即可工作(DQ和GND)

DS1961S
带有SHA-1引擎的iButton 1Kb EEPROM

  • 1128位5V EEPROM存储器,分为四页,每页256位,64位只写密钥和多达5个通用的读/写寄存器
  • 写访问需要知道密钥,并且能够计算和传送160位MAC,以便鉴别真伪
  • 可以对密钥和数据存储器加写保护(所有页或者仅第0页),或者将它们置于EPROM仿真模式("write to 0", 第1页)
iButton共性
  • 唯一的、由工厂激光刻制和测试的64位注册号(8位家族码 + 48位序列号 + 8位CRC校验码),没有任何两个器件相同,保证绝对可溯
  • 用于1-Wire网络的多节点控制器
  • 短时间接触实现数字识别和信息获取

DS1822
经济型、1-Wire数字温度计

  • -10°C至+85°C温度范围内具有±2°C精度
  • 测量温度范围-55°C至+125°C (-67°F至+257°F)
  • 9位至12位用户可配置的分辨率

DS1921Z
高分辨率、Thermochron iButton器件

  • 数字温度计测量温度的增量为1/8°C,精度为±1°C
  • 内置实时时钟(RTC),在0°C至45°C范围内,时间精度保持每月±2分钟
  • 放于DS9107 iButton套中可实现抗水或防水(超过了3 ATM防水的要求)
iButton共性
  • 通过瞬间接触完成数字识别和信息传递
  • 唯一的、工厂光刻并经过测试的64位序列号(8位家族码 + 48位序列号 + 8位CRC校验码)确保器件的绝对可追溯性,因为没有任何两个器件是完全相同
  • 多节点控制器适用于1-Wire网络

DS1921H
高分辨率、Thermochron iButton器件

  • 数字温度计测量温度的增量为1/8°C,精度为±1°C
  • 内置实时时钟(RTC),在0°C至45°C范围内,时间精度保持每月±2分钟
  • 放于DS9107 iButton套中可实现抗水或防水(超过了3 ATM防水的要求)
iButton共性
  • 通过瞬间接触完成数字识别和信息传递
  • 唯一的、工厂光刻并经过测试的64位序列号(8位家族码 + 48位序列号 + 8位CRC校验码)确保器件的绝对可追溯性,因为没有任何两个器件是完全相同
  • 多节点控制器适用于1-Wire网络

DS18S20-PAR
寄生供电数字温度计

  • Unique 1-Wire Interface Requires Only One Port Pin for Communication
  • Derives Power from Data Line ("Parasite Power")—Does Not Need a Local Power Supply
  • Multi-Drop Capability Simplifies Distributed Temperature Sensing Applications

DS18B20-PAR
1-Wire寄生供电数字温度计

  • Unique 1-Wire Interface Requires Only One Port Pin for Communication
  • Derives Power from Data Line ("Parasite Power")—Does Not Need a Local Power Supply
  • Multi-Drop Capability Simplifies Distributed Temperature Sensing Applications

DS18B20
分辨率可编程设置的1-Wire数字温度计

  • 独特的1-Wire®接口仅占用一个通信端口
  • 内置温度传感器和EEPROM减少外部元件数量
  • 寄生供电模式下只需要2个操作引脚(DQ和GND)

DS2432
1Kb、保护型1-Wire EEPROM,带有SHA-1引擎

  • 1128位5V EEPROM存储器,分为四页,每页256位,64位只写密钥和多达五个通用读/写寄存器
  • 内置512位SHA-1引擎,用于计算160位信息鉴定码(MAC)或生成密钥
  • 写访问需要知道密钥,并且能够计算和传送160位MAC,以鉴别真伪

DS2450
四路、1-Wire A/D转换器

  • 4路高阻输入可通过1-Wire总线测量模拟电压
  • 用户可变成输入范围(2.65V,5.12V)、分辨率(1至16位)和报警门限
  • 5V单电源工作

DS1973
iButton 4K位EEPROM

  • 4096 bits Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM)
  • Overdrive mode boosts communication speed to 142kbps
  • 256-bit scratchpad ensures integrity of data transfer

DS1971
iButton 256位EEPROM

  • 256-bit Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) communicates with the economy of one signal plus ground
  • EEPROM organized as one 256-bit page
  • 64-bit one-time programmable application register is automatically write-protected after programming

DS1920
iButton温度记录仪

  • Digital Thermometer Measures Temperatures from -55°C to +100°C in Typically 0.2s
  • Zero Standby Power
  • 0.5°C Resolution, Digital Temperature Reading is Two's Complement of °C Value