リファレンス回路 4477

1.8Vから5Vへの1-Wire®双方向電圧レベル変換器のリファレンスデザイン



はじめに

FPGA、マイクロプロセッサ、DS2482-100、およびDS2480Bなどのデバイスは、1-Wireマスターデバイスの例です。1-Wire/iButton®スレーブデバイスはマキシムによって製造され、一般的に2.8Vから5.25Vまで動作する広範囲な製品ファミリから成ります。1-Wireマスターとスレーブデバイスは以前から伝統的な5Vオープンドレインロジックでした。今日、設計者は1-WireマスターIOを1.8Vで動作させるためにオープンドレインロジックを必要とします。ほとんどの1-Wireスレーブデバイスが5Vで問題なく動作できる一方で、それらのほとんどのデバイスは1.8Vで動作することができません。双方向電圧レベル変換回路は、この制限を克服するために必要とされます。このRD (リファレンスデザイン)ではMaxim®MAX3394Eを特徴とし、これらのアプリケーションのための双方向電圧レベル変換器です。

電圧レベル変換器

MAX3394Eは、3mm x 3mmの8ピンTDFNパッケージで利用できるデュアルレベル変換器です。その内蔵スルーレート強化回路の効果によって、高容量性負荷の駆動に理想的です。1-Wireスレーブデバイスはしばしば、500pFを超える容量性負荷となることがあります。MAX3394EのVCC I/Oピンは±15kVのHBM (ヒューマンボディモデル)まで保護されており1-Wireマスターを保護します。1-Wireバスアーキテクチャはしばしば外界とインタフェイス接続されるため、HBMが不可欠です。しかし、オプションの抵抗値が低いプルアップ抵抗(R3)、そして1-WireスレーブデバイスのESD保護としてDS9503Pを追加することが推奨されます。

アプリケーション回路

図1の回路は、オープンドレインシステムで1.8V~5Vの双方向電圧レベル変換を実行するのに用いられるMAX3394Eを示しています。

図1. 1.8V~5Vへの1-Wire双方向電圧レベル変換の回路図。I/O VLピンとI/O VCCピンが約10kΩの内部プルアップを持つことに注意してください。 このリファレンスデザインのためのBOM (部品表)を、表1に示します。

はじめに

FPGA、マイクロプロセッサ、DS2482-100、およびDS2480Bなどのデバイスは、1-Wireマスターデバイスの例です。1-Wire/iButton®スレーブデバイスはマキシムによって製造され、一般的に2.8Vから5.25Vまで動作する広範囲な製品ファミリから成ります。1-Wireマスターとスレーブデバイスは以前から伝統的な5Vオープンドレインロジックでした。今日、設計者は1-WireマスターIOを1.8Vで動作させるためにオープンドレインロジックを必要とします。ほとんどの1-Wireスレーブデバイスが5Vで問題なく動作できる一方で、それらのほとんどのデバイスは1.8Vで動作することができません。双方向電圧レベル変換回路は、この制限を克服するために必要とされます。このRD (リファレンスデザイン)ではMaxim®MAX3394Eを特徴とし、これらのアプリケーションのための双方向電圧レベル変換器です。

電圧レベル変換器

MAX3394Eは、3mm x 3mmの8ピンTDFNパッケージで利用できるデュアルレベル変換器です。その内蔵スルーレート強化回路の効果によって、高容量性負荷の駆動に理想的です。1-Wireスレーブデバイスはしばしば、500pFを超える容量性負荷となることがあります。MAX3394EのVCC I/Oピンは±15kVのHBM (ヒューマンボディモデル)まで保護されており1-Wireマスターを保護します。1-Wireバスアーキテクチャはしばしば外界とインタフェイス接続されるため、HBMが不可欠です。しかし、オプションの抵抗値が低いプルアップ抵抗(R3)、そして1-WireスレーブデバイスのESD保護としてDS9503Pを追加することが推奨されます。

アプリケーション回路

図1の回路は、オープンドレインシステムで1.8V~5Vの双方向電圧レベル変換を実行するのに用いられるMAX3394Eを示しています。

図1. 1.8V~5Vへの1-Wire双方向電圧レベル変換の回路図。I/O VLピンとI/O VCCピンが約10kΩの内部プルアップを持つことに注意してください。
このリファレンスデザインのためのBOM (部品表)を、表1に示します。

表1. 部品表
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+

計測波形/試験結果

図25の試験結果は、回路の評価基板より得られました。 セットアップ:

  • VL = 1.8V
  • VCC = 5.0V
  • CH1:1-Wireマスター(OW_MASTER)
  • CH2:DS1920 (OW_SLAVE)
  • OW_SLAVEワイヤ長:2.4m (max)
  • 試験結果は、図1のオプションの強いプルアップ回路を含みませんでした。
  • 室温測定のみ


図2. 1-Wireリセットのスコーププロットは、プレゼンスパルス振幅はわずか250mVしかなく、0.4Vの一般的な1-WireマスターVILの最大値より低いMAX3394Eのパフォーマンスを示します。

図3. 1-Wire書き込みのスコーププロット、1タイムスロットがクリーンtLOW1 < 15µsとなっています。

図4. 1-Wire書き込みのスコープスロット、0タイムスロットが60µs < tLOW0 < 120µsとなっています。

図5. 1-Wire読み込みのスコープスロット、アクティブな1-Wireスレーブオープンドレインリターンおよび0.4Vの一般的な1-WireマスターVIL最大限より低い0タイムスロット

結論

1.8Vから5Vへの1-Wire双方向ロジックレベル変換のためのこのRDは、一般的な1-Wireスレーブデバイスを駆動します。設計図が造られたのち試験されました。回路図、BOM、および一般的な波形が示されています。

 
Status:
Package:
Temperature:

MAX31820PAR
1-Wire寄生電源、周囲温度センサー

  • 通信に1つのポートピンのみを必要とする独自の1-Wireインタフェース
  • データラインから電力を取得(寄生電源)、ローカル電源が不要
  • マルチドロップ機能によって分散温度検出アプリケーションが簡素化

MAX31820
1-Wire周囲温度センサー

  • 通信に1つのポートピンのみを必要とする独自の1-Wireインタフェース
  • 各デバイスが固有の64ビットシリアルコードを内蔵ROMに格納
  • マルチドロップ機能によって分散温度検出アプリケーションが簡素化

MAX31826
1-Wireデジタル温度センサー、1Kbロック可能なEEPROM内蔵

  • 独自の1-Wireインタフェースに必要な通信用ポートピンは1つのみ
  • 内蔵の温度センサーとEEPROMによって部品数を削減
  • 分岐機能によってマルチセンサーシステムを簡素化

DS1922E
8KBデータログメモリ内蔵、iButton高温度ロガー

  • 高精度、全機能内蔵デジタル温度ロガーによって温度データの収集および電子的な温度記録の配布を簡素化
  • 過酷な環境に耐える堅牢な構造
  • 簡素なシリアルポートによってほとんどのマイクロコントローラと接続して迅速なデータ転送が可能

DS28EC20
20Kb 1-Wire EEPROM

  • 各256ビットの80ページに区分された20480ビット不揮発性(NV) EEPROM
  • 各8ページ構成グループのメモリページ(ブロック)の永久的な書込み保護、またはOTP EPROMエミュレーションモード(「Write to 0 (0に書込み)」)の設定が可能
  • 読取り/書込みアクセスは、旧デバイス(DS2433など)との高い下位互換性を保持

DS28EA00
シーケンス検出およびPIO付き、1-Wireデジタル温度計

  • デジタル温度計により-40℃~+85℃までの温度を測定
  • 温度計の分解能:9~12ビットまでユーザが選択可能
  • 独自の1-Wireインタフェースには、通信用に1つのポート端子のみが必要

DS1972
iButton 1024ビットEEPROM

  • 各256ビットの4ページに分割された1024ビットのEEPROMメモリ
  • 各メモリページに対する永久的な書込み保護、またはEPROMエミュレーションモード(「0の書込み」)の設定が可能
  • スイッチポイントヒステリシスとフィルタリングによってノイズ環境における性能を最適化

MAX3394E
スピードアップ回路内蔵、±15kV ESD保護、大駆動電流のデュアル/クワッド/オクタル(8回路)レベル変換器

  • VCC_ラインのI/O上で±15kVのESD保護
  • 方向設定端子不要で、双方向レベル変換
  • VL_のI/OおよびVCC_のI/Oで10mAのシンク電流/15mAのソース電流能力

DS28E01-100
SHA-1エンジン付き、1Kb保護1-Wire EEPROM

  • 各256ビットの4ページに区分された1024ビットのEEPROMメモリ
  • 160ビットのMAC (Message Authentication Codes)を計算し秘密鍵を生成するオンチップの512ビットSHA-1エンジン
  • 書込みアクセスには、秘密鍵の知識、および認証として160ビットMACの計算および伝送能力が必要

DS28E04-100
PIO付き、4096ビットアドレス指定可能1-Wire EEPROM

  • 各256ビット、16ページに分割された4096ビットEEPROMメモリ
  • 7つのアドレス入力による物理ロケーションの設定
  • パルス生成機能を備えた2つの汎用PIO端子

DS1923
iButton Hygrochron温度/湿度ロガー 、8KBデータログメモリ内蔵

  • 高精度、全機能内蔵デジタル温度/湿度ロガーによって温度データの収集および電子的な温度記録の配布を簡素化
  • 過酷な環境に耐える堅牢な構造
  • 簡素なシリアルポートによってほとんどのマイクロコントローラと接続して迅速なデータ転送が可能

DS2431
1024ビット、1-Wire EEPROM

  • あらゆる個別システムにトレーサビリティおよび関連情報を容易に追加
  • 最小限の1-Wireインタフェースによってコストとインタフェースの複雑さを低減

DS1922L
8KBデータログメモリ付き、iButton温度ロガー

  • 高精度、全機能内蔵デジタル温度ロガーによって温度データの収集および電子的な温度記録の配布を簡素化
  • 過酷な環境に耐える堅牢な構造
  • 簡素なシリアルポートによってほとんどのマイクロコントローラと接続して迅速なデータ転送が可能

DS1922T
8KBデータログメモリ付き、iButton温度ロガー

  • 高精度、全機能内蔵デジタル温度ロガーによって温度データの収集および電子的な温度記録の配布を簡素化
  • 過酷な環境に耐える堅牢な構造
  • 簡素なシリアルポートによってほとんどのマイクロコントローラと接続して迅速なデータ転送が可能

DS1977
iButton 32KB EEPROM

特長
  • 各64バイトのページから成る32KB EEPROM
  • 読取りおよびフルアクセス用の各64ビットパスワードによるオプションのパスワード保護
  • 1-Wireプロトコルによって標準速度最高15.3kbpsまたはオーバドライブモード最高125kbpsで、単一デジタル信号によってホストと交信
共通のiButton機能
  • 出荷時レーザ書込みされた固有の64ビット登録番号によって、同一製品がないため、エラーのないデバイス選択と完全なトレーサビリティを実現
  • 1-Wireネット用マルチドロップコントローラ内蔵
  • チップベースのデータキャリアが、堅牢なステンレススチールケースに保護されたデジタル識別/情報を保存

DS1921G
Thermochron iButtonデバイス

  • 高精度、全機能内蔵デジタル温度ロガーによって温度データの収集および電子的な温度記録の配布を簡素化
  • 過酷な環境に耐える堅牢な構造
  • 簡素なシリアルポートによってほとんどのマイクロコントローラと接続して迅速なデータ転送が可能

DS18S20
1-Wire寄生電力デジタルサーモメータ

  • 通信に1つのポートピンのみを必要とする独自の1-Wire®インタフェース
  • 幅広い温度管理アプリケーションのシステム精度を最大化
  • 寄生電源モードは動作に必要な端子が2つ(DQとGND)のみ

DS1961S
SHA-1エンジン付き、iButton 1Kb EEPROM

  • 4ページ x 256ビット、64ビット書込み専用シークレット、および最大5個の汎用読取り/書込みレジスタに分割された1128ビットの5V EEPROMメモリ
  • 書込みアクセスには、160ビットMAC認証の計算・伝送機能の能力とシークレットについての知識が必要
  • シークレットとデータメモリは、書込み保護が可能(全部、またはページ0のみ)、もしくはEPROMエミュレーションモードに入れることが可能(「0に書込み」、ページ1)
一般的なiButton機能
  • 出荷時にレーザで書き込まれたテスト済みの固有の64ビット登録番号(8ビットファミリコード + 48ビットシリアルナンバー + 8ビットCRCテスタ)により、同一登録番号がないため確実な追跡が可能
  • 1-Wireネットワーク用のマルチドロップコントローラ
  • 瞬時接触によるデジタル識別と情報

DS1822
エコノ1-Wireデジタルサーモメータ

  • 通信に1つのポート端子のみを必要とする独自の1-Wire®インタフェース
  • 温度センサーおよびインタフェースの内蔵によって部品数を削減
  • マルチドロップ機能によって分散温度検出を簡素化

DS1921Z
高分解能Thermochron iButtonデバイス

  • 1/8℃刻み(精度±1℃)で温度測定のデジタルサーモメータ
  • 内蔵のリアルタイムクロック(RTC)とタイマの精度:±2分/月(0℃~45℃)
  • iButtonカプセルDS9107内に置くと耐水またはウォータープルーフ(耐水3 ATM規格を超える)
共通のiButton機能
  • 瞬時接触によるデジタル識別/情報
  • 出荷時にレーザで書き込まれ試験済みの固有の64 ビット登録番号(8 ビットファミリコード + 48 ビットシリアルナンバ + 8 ビットCRCテスタ)によって、同一製品がないため完全なトレーサビリティを実現
  • 1-Wireネット用マルチドロップコントローラ

DS1921H
高分解能Thermochron iButtonデバイス

  • 1/8℃刻み(精度±1℃)で温度測定のデジタルサーモメータ
  • 内蔵のリアルタイムクロック(RTC)とタイマの精度:±2分/月(0℃~45℃)
  • iButtonカプセルDS9107内に置くと耐水またはウォータープルーフ(耐水3 ATM規格を超える)
共通のiButton機能
  • 瞬時接触によるデジタル識別/情報
  • 出荷時にレーザで書き込まれ試験済みの固有の64 ビット登録番号(8 ビットファミリコード + 48 ビットシリアルナンバ + 8 ビットCRCテスタ)によって、同一製品がないため完全なトレーサビリティを実現
  • 1-Wireネット用マルチドロップコントローラ

DS18S20-PAR
寄生電源デジタルサーモメータ

  • 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寄生電力デジタルサーモメータ

  • 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
プログラマブル分解能1-Wireデジタルサーモメータ

  • 通信に1つのポートピンのみを必要とする独自の1-Wire®インタフェース
  • 温度センサーおよびEEPROMの内蔵によって部品数を削減
  • 寄生電源モードは動作に必要な端子が2つ(DQとGND)のみ

DS2432
SHA-1エンジン内蔵、1Kb保護1-Wire EEPROM

  • 256ビットの4ページにパテーションした1128ビットの5V EEPROMメモリ、64ビットの書き込み専用のシークレット、および最大5つの汎用読込み/書込みレジスタ
  • 160ビットのMAC (Message Authentication Codes)を計算しシークレットを生成するオンチップの512ビットISO/IEC 10118-3 SHA-1エンジン
  • 書込みアクセスには、シークレットの知識、および認証として160ビットMACの計算および伝送能力が必要

DS2450
1-WireクワッドA/Dコンバータ

  • 1-Wireバス上のアナログ電圧を測定する4つのハイインピーダンス入力
  • ユーザプログラマブルな、入力範囲(2.56V、5.12V)、分解能(1~16ビット)、およびアラームしきい値
  • 5Vの単一電源動作

DS1973
iButton 4Kb 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ビットEEPROM

  • 256ビット EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)は安価な信号1本とグランドによる通信
  • EEPROMは256ビット x 1ページで構成
  • 64ビットのワンタイムプログラマブルアプリケーションレジスタは、プログラム後に自動的に書込み保護

DS1920
iButton温度ロガー

  • 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