引言
1-Wire总线是一种简单的信令方案,完成一台主控制器与一台或多台从机之间的半双工双向通信,它们共享一条公共数据线。供电和数据通信都在这一条线上进行。大部分1-Wire器件功率非常小,只要几十个微安就可以工作和通信。而有的1-Wire器件在某些工作中需要较大的功率,例如EEPROM写操作,或者器件专用计算和测量等。当功率需求增大时,1-Wire总线上的电压不能低于器件的最小工作上拉电压(V
PUP),这一点非常重要。对于大部分分布式供电的1-Wire器件,最小工作电压(V
PUP)是2.8V。
需要额外供电的1-Wire器件
表1所示为某些特殊功能需要额外供电的部分1-Wire器件列表。
表1. 需要额外供电的器件
Part |
EEPROM |
SHA-1 |
Temperature |
ADC |
DS18B20 |
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DS1920 |
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DS1961S |
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DS1971 |
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DS1972 |
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DS1973 |
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DS1977 |
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DS2431 |
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DS2432 |
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DS2450 |
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DS28E01-100 |
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DS28E04-100 |
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DS28EA00 |
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DS28EC20 |
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怎样在EC表中确定额外供电的要求
数据资料电气特性(EC)表中的各项内容(
表2)列出了器件的额外供电要求。EC表中的上拉电阻规范(R
PUP)只用于1-Wire通信,不包括特殊工作需要的额外供电要求。
表2. EC表参数详细说明了额外供电要求
Parameter Description |
Symbol |
1-Wire Device |
Programming Current |
IPROG |
DS1961S, DS1972, DS2431, DS28E01, DS28E04, DS28E00 |
Programming Current |
ILPROG |
DS1973, DS1977, DS2432 |
Programming Current |
IP |
DS1971 (DS2430A) |
SHA Computation Current |
ILCSHA |
DS1961S, DS28E01 |
Active Current |
IDD, IDQA |
DS1920, DS18B20, DS18B20-PAR |
Conversion Current |
ICONV |
DS28EA00 |
Operating Current |
ICC |
DS2450 |
图1. DS28EA00的EC表实例
可用电源
对于给定的V
PUP和R
PUP,V
PUP和1-Wire器件V
PUPmin之间的电压差决定了特殊功能可用的电流。可用电流的计算为
IAVAIL = (VPUP - VPUPmin)/RPUP。一个实际计算如下:
V
PUP = 5V
R
PUP = 2kΩ
V
PUPmin = 2.8V,得到I
AVAIL = 1.1mA。
对于这个例子,在1-Wire电压降到最小V
PUP之前,有1.1mA的电流。如果可用电流还无法满足应用要求,那么,需要一个较小的上拉电阻或者上拉电阻低阻抗旁路。
选择合适的上拉(RPUP)
通过上拉电阻(R
PUP),在额定V
PUP到最小V
PUP之间划分电压降来计算可用电流。
图2画出了这一计算,它基于5V的V
PUP,器件具有2.8V的最小V
PUP。在5V上拉电压时,小于等于2.2kΩ的上拉电阻至少可实现1mA电流。
图2. VPUP = 5V的可用电流
相似的,
图3显示了基于3.3V V
PUP的可用电流。由于上拉电阻允许电压降只有0.5V,只能提供非常小的电流。需要采用其他方法来提供额外的电流(参见下面的
低阻旁路一节)。
图3. VPUP = 3.3V的可用电流
其他考虑
选择非常低的上拉电阻值可以实现所需的功率以运行特殊功能。但是,这一配置提高了1-Wire总线上的逻辑0电压。如果V
OL电平不满足1-Wire从机或者1-Wire主机要求的最小电压输入低电平(V
IL),将无法实现可靠的通信。1-Wire器件最常用的V
OL规范是4mA时最大0.4V。当1-Wire器件以逻辑0响应时,这一数值相当于最大100Ω的阻抗。V
IL在0.3V至0.8V之间变化,具体取决于1-Wire器件。对于总线上的多个
1-Wire器件,最小V
IL对此进行了限制。满足逻辑0要求的上拉电阻值计算如下:R
PUPmin = 100Ω × (V
PUP/V
ILmax - 1)。
(
注释:开始可以不用100Ω计算该方程,而是用V
OL/4mA。)
因此,假设V
IL最大0.4V,结果是
对于V
PUP = 5V: 1150Ω
对于V
PUP = 3.3V: 725Ω
假设V
IL最大0.3V,结果是
对于V
PUP = 5V: 1567Ω
对于V
PUP = 3.3V: 1000Ω
当选择合适的上拉时,还必须考虑上拉电阻和电源供电的容限。这些容限不相关,即,它们可以在任一(正、负)侧相加,或者相互抵消。总是需要检查最差组合:电压上限,电阻下限(即,最大V
OL),以及电压下限,电阻上限(即,最小额外电流)。
低阻旁路
如果满足V
OL和V
IL要求时需要一个上拉电阻,而电阻无法支持所要求的电流,那么,必须通过其他方法来提供额外电流。对此有两种方法:
- 采用分立的低阻抗旁路(也称为强上拉),只在大电流要求时工作。
- 利用具有强上拉的1-Wire接口器件。
应用笔记4206,“为嵌入式应用选择合适的1-Wire®主机”以及应用笔记244,“
性能优异的1-Wire网络驱动器”介绍了具有分立强上拉1-Wire主机的例子。
图4显示了额外IO引脚控制的强上拉。
图4. 强上拉具有可选电路的双向端口引脚(虚线)
三种1-Wire接口芯片具有强上拉特性(
表3)。DS2842-100还具有外部控制信号,可用于驱动其他的分立超强上拉。
表3. 1-Wire主机接口器件
Device |
Interface |
Features |
DS2480B |
Serial |
Strong pullup, active pullup |
DS2482-100 |
I²C |
Single 1-Wire channel with built in strong pullup, optional active pullup, control signal for extra-strong pullup |
DS2482-800 |
I²C |
Eight 1-Wire channels with built in strong pullup, optional active pullup |
结论
1-Wire器件温度转换、EEPROM或者SHA-1引擎等扩展功能要正常工作,必须从1-Wire主机为这些器件提供足够的电流,而且不能使1-Wire降到最小电压上拉(V
PUP)。因此,必须调整1-Wire上拉电阻(R
PUP),针对具体应用提供所要求的电流。如果应用要求不支持大小合适的上拉电阻,那么,必须采用分立的强上拉电路或者DS2480B和DS2482等1-Wire接口芯片来满足电流要求。
© , Maxim Integrated Products, Inc.
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