DS2409 MicroLAN耦合器替代方案设计（2） 数字控制, 耦合器, 示波器, 检测, 开关

yuyang911220

图5. All Lines Off命令

　　图5. All Lines Off命令
　　除Smart-On命令外，对于主输出通道还有Direct-On命令(图6)。示波器上的波形如同All Lines Off命令的镜像。在命令码A5h之后，主输出通道打开(底部波形)。确认字节从输出通道输出(中间波形)。如果使用了这个命令，必须产生一个复位/应答周期，以保证打开通道上的从机与主机同步。
　　
图6. Direct-On Main命令

　　图6. Direct-On Main命令
DS2409替代方案


　　为了替代DS2409，用户应当使用1-Wire可寻址开关(用于数字控制和检测)和模拟开关(开通或关闭输出)。用1个双通道可寻址开关(如DS2413、DS2406或DS28E04)和一路或两路模拟开关，可以部分替代DS2409。完全替代器件则需要一个5通道1-Wire可寻址开关(如DS2408，8通道)和两路模拟开关。需要注意的是，可寻址开关上电后所有PIO都处于断开(不导通)状态。
　　模拟开关必须为单刀双掷(SPDT)，应选择供电电压为5V ±10%的开关器件，导通电阻(RON)小于等于30Ω，三个开关节点的电容应不大于50pF，开关时间小于100ns。如果内置高ESD保护则更加理想。基于上述考虑，可以选择下列模拟开关：
　　单通道：MAX4729 (5.7Ω，最大值)、MAX4730 (5.7Ω，最大值)、MAX4644 (4.75Ω，最大值)
　　双通道：MAX4717 (3.5Ω，最大值)、MAX4719 (25Ω，最大值)、MAX4635 (4.5Ω，最大值)、MAX4636 (4.5Ω，最大值)、MAX4750(30Ω，最大值)
　　三通道：MAX4693 (25Ω，典型值;40Ω，最大值、低速切换)
　　上述所有模拟开关都不具备高ESD保护特性。在试验台上使用单通道开关MAX4561，常开或常闭引脚具有±15kV ESD保护。但由于MAX4561的RON典型值为45Ω，不适合用来替代DS2409。
　　示例电路
　　图7所示电路是部分替代电路，实现DS2409的1-Wire输出切换和输出控制。U1为2通道1-Wire可寻址开关(带开漏PIO);U2是一个单刀双掷模拟开关，3个开关触点对应NO、NC和COM引脚。开关受IN引脚的数字输入电平控制。
　　上电默认状态下，所有1-Wire可寻址开关的PIO都处于高阻状态。通过电阻R2在开关的IN引脚作用一个高电平，使NO引脚连接到COM端。NO引脚通过1.5kΩ上拉电阻R1连接至COM引脚的无效1-Wire输出端。这些配置等效于DS2409的上电状态。
　　为了打开U2上的1-Wire输出，主机将PIO-A打开，如同在U2的IN引脚作用一个低电平。使模拟开关的COM端从NO切向NC，接通1-Wire总线。将PIO-A关闭，则关闭1-Wire输出。主机也可以对PIO-B进行独立于PIO-A的操作，如替代DS2409手动模式下的控制输出或用来控制其它类似R1/R2/U2的电路。控制两个模拟开关时，1-Wire主机必须保证只有一个1-Wire输出通道打开。这些可以通过软件实现，也可以通过更安全的连接逻辑完成，即通过PIO-A ^ /PIO-B和/PIO-A ^ PIO-B组合逻辑控制模拟开关。PIO-B也可以用于事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。但不可模拟输出有效前发出一个复位脉冲的情况。
　　
图7. DS2409部分替代电路，U1可以选用DS2406、DS2413或DS28E04

　　图7. DS2409部分替代电路，U1可以选用DS2406、DS2413或DS28E04
　　DS2406可寻址开关
　　图7所示电路已经用DS2406可寻址开关进行测试。模拟开关(MAX4561)的IN引脚连接到DS2406的PIO-B。PIO-A用来控制输出，开启LED。通过Write Status命令(代码55h)控制存储器0007h (SRAM控制位)操作PIO，该SRAM控制位的第6位直接控制PIO-B通道的状态。图8显示了输出使能过程，图中顶部波形图是CRC16字节(1Fh，E2h)，跟随在0007h单元写入的3Fh数据字节之后。底部波形是PIO-B的跳变波形，控制模拟开关。在CRC16字节之后的复位/应答周期结束之前，不会出现1-Wire总线输出波形(中间波形)。图8并未显示复位/应答周期。
　　图9显示了关闭输出的过程，顶部波形是跟随在写入0007h单元的7Fh数据字节之后的CRC16字节(1Eh，12h);底部波形是控制模拟开关的PIO-B的跳变波形IO-B状态转变后，1-Wire输出(中间波形)终止，然后主机发出复位/应答脉冲。图9并未显示复位/应答周期。
　　除了向状态寄存器写入命令以改变PIO状态外，PIO还可以由Channel Access命令(代码F5h)控制，但本文没有介绍该操作。另请注意，DS2406在断电后不到1分钟之内执行了一次上电复位操作。而DS2409在断电后或1-Wire输入断开(低电平)大约几个毫秒后执行上电复位操作。DS2406将锁存其PIO状态，由此，该器件支持事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。通过Channel Access命令清除闭锁状态(通道控制字节1)。
　　
图8. 利用DS2406进行部分替代，输出有效

　　图8. 利用DS2406进行部分替代，输出有效
　　
图9. 利用DS2406进行部分替代，输出禁止

　　图9. 利用DS2406进行部分替代，输出禁止
　　DS2413可寻址开关
　　按照图7所示电路对DS2413可寻址开关进行了测试。模拟开关的IN引脚与DS2413的PIO-A连接。PIO-B用于控制输出，点亮LED。通过PIO Access Write命令(代码5Ah)实现PIO的操作，图10所示为输出使能过程。顶部波形是PIO输出数据字节(第一个是原码FEh，随后是反码01h)，然后是AAh确认字节，以及新的PIO引脚状态(3Ch)。PIO-A (底部波形)用于控制模拟开关，其状态在PIO输出数据字节的反码之后发生改变。因此，确认字节和PIO引脚状态在1-Wire输出通道出现(中间波形)。为了确保总线的从机与主机同步，主机必须发出复位/应答脉冲。
　　
图10. 利用DS2413进行部分替代，输出有效

　　图10. 利用DS2413进行部分替代，输出有效
　　
图11. 利用DS2413进行部分替代，输出禁止

　　图11. 利用DS2413进行部分替代，输出禁止
　　图11所示为输出禁止波形。顶部波形是PIO输出数据字节(第一个是原码FFh，随后是反码00h)。确认字节和新的PIO引脚状态(3Ch)并未在图中表示出来。PIO-A (底部波形)用于控制模拟开关，其状态在PIO输出数据字节的反码之后发生改变。确认字节和PIO引脚状态没有通过1-Wire输出(中间波形)。
　　请注意，DS2413与1-Wire总线断开5分钟后，执行一次上电复位。而DS2406在1分钟内即进行上电复位。DS2413并不锁存引脚状态，因此它不支持条件搜索，但可以实现短路检测(虚线)。
DS28E04可寻址开关


　　DS28E04是带有2个PIO的1-Wire EEPROM。PIO上电时处于非导通状态，POL引脚需要接高电平(5V)。两个PIO的控制方式与DS2413相同，因此图10和图11也适合这种情况。寄生供电模式下，通过一个低于15s的1-Wire总线低电平使DS28E04进入上电复位。DS28E04具有PIO状态锁存功能，因此，它支持事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。通过Reset Activity Latches命令清除锁存。
　　全面替代(DS2408可寻址开关)
　　图7所示的电路用于替代：a) 一路1-Wire开关输出和控制输出，但不支持事件/短路检测;b) 一个带事件/短路检测的1-Wire开关输出。这限制了2路可寻址开关的选择。为了全面替代器件，需要5个PIO通道(图12)。
　　全面替代电路采用两个模拟开关(U2、U3)，开关受控于DS2408 8通道可寻址开关(U1)的PIO端口P1和P2。P2、P3口连接在1-Wire开关输出通道，支持短路和事件检测。P4用来替代控制输出。P5至P7留作它用。必要时，可以利用P5控制另一个模拟开关。从而获得第三路1-Wire输出，通过P6支持短路/事件检测。P7和P4用来指示三个1-Wire通道的哪个通道处于有效状态。
　　按照与DS2413相同的方式控制DS2408的PIO，因此图10、图11仍然适合这里的应用。可编程DS2408的条件搜索，在其PIO引脚检验是否发生事件。通过Reset Activity Latches命令清除锁存。
　　与其它可寻址开关不同，DS2408需要一个外部复位信号(U4)来保证PIO在上电后处于非导通状态。寄生供电模式下，1-Wire总线上一个短于5s的低电平将使DS2408进入上电复位状态。
　　ESD保护
　　DS2409在1-Wire输入和两路1-Wire输出通道都内置了ESD保护，不再需要额外的ESD保护机制。1-Wire可寻址开关的1-Wire输入通道同样具有ESD保护，但其PIO引脚都未加ESD保护。多数模拟开关的ESD保护都很有限，建议增加ESD保护电路，特别是对于连接1-Wire输入和输出通道的引脚。在选择ESD保护器件时，应选择电容较小的器件，符合这类条件的ESD保护器件有：MAX3202E/MAX3203E/MAX3204E或MAX3207E/MAX3208E系列。
　　
图12. DS2409全面替代电路

　　图12. DS2409全面替代电路
　　总结
　　DS2409对于构建单主机大型1-Wire网络非常有效。其它的应用包括：门禁控制和双主机1-Wire网络的智能接入点。但是，DS2409已进入停产阶段，这会给一些用户造成麻烦。本文重点介绍了支持同样应用的一些DS2409替代方案。