DS2409 MicroLAN耦合器替代方案設計

摘要：DS2409的設計初衷是將其用做門禁控制的探測點(即讀取頭)以及用來減少大型1-Wire®網絡中總線上的負載。DS2409也被用來實現雙主機網絡。但目前Maxim已經決定停止生產DS2409并鼓勵所有使用DS2409的客戶實施相應的設計改進以應對這個情況。這篇應用筆記介紹了使用DS2409的1-Wire網絡系統(tǒng)的替代方案，這些方案并不要求對現有的網絡進行重新設計。

　　概述

　　得益于DS2409 MicroLAN耦合器的獨特設計，它可以被用于實現多種特殊應用。本文首先列出了DS2409的特性和應用，接著介紹了可以實現相同功能的替代電路。最后本文對這些替代電路做了詳細討論。

　　DS2409特性描述

　　DS2409是一個特殊類型的2端口可尋址開關器件。與向傳統(tǒng)的可編程輸入/輸出口(PIO)輸出高、低電平不同，這個器件通過傳輸門來將其輸出通道與作為其輸入的1-Wire總線連接。在任何時刻，只有一個1-Wire輸出通道有效。除了1-Wire輸出通道以外，DS2409還有一個可控輸出通道，該輸出通道可以配合主輸出通道使用(默認方式)，也可配合輔助輸出通道使用，還可以獨立使用。這些功能的切換是通過控制狀態(tài)控制字節(jié)來完成的(參見DS2409數據資料)。狀態(tài)信息字節(jié)(參見DS2409數據資料)允許主機確認設備配置狀況、檢查器件工作狀態(tài)(使用或非使用狀態(tài))、確認每個1-Wire輸出的邏輯狀態(tài)(高或者低)、事件標志位(置位/清零)。表1總結了DS2409的這些特性以及這些特性帶來的便利。

　　表1. DS2409特性及優(yōu)勢

　　DS2409需要5V VDD供電，上電后，所有1-Wire輸出通道都處于非工作狀態(tài)，并通過內部上拉電阻拉到5V VDD電平。短暫的電源掉電將使器件進入上電復位狀態(tài)。在VDD穩(wěn)定后，1-Wire輸入端口作用一個短暫低電平，使DS2409進入軟件上電復位狀態(tài)。當DS2409重新和主機連接后，器件進入默認的上電復位配置狀態(tài)，1-Wire總線輸出通道都處于非工作狀態(tài)，事件標志位狀態(tài)不確定。

　　表1列出的特性主要面向下列3種應用：智能探測點、多層網絡、雙主機網絡(參見表2)。

　　表2. 特性及其應用

智能探測點

　　圖1所示框圖是將iButton®作為電子鑰匙的門禁系統(tǒng)。R1/C1應盡量靠近1-Wire適配器安裝。R1的作用在于當1-Wire總線中斷時，DS2409可以實現一個軟復位。C1在VDD過沖時可以避免DS2409阻塞1-Wire總線。

　　圖1. 帶智能探測點的門禁控制系統(tǒng)拓撲

　　除了主1-Wire總線外，探測點(如DS9092 iButton探頭)位于DS2409主輸出端分支二級網絡上。與輔助輸出口相連接的是一個ID芯片，比如一個1-Wire EEPROM器件，這個器件中存儲了分支名稱。正常工作情況下，所有分支都處于禁止狀態(tài)(即與主1-Wire總線斷開)，與此同時主機在進行條件搜索，檢測事件是否發(fā)生。當一個iButton連接到探測點時，將該分支上的DS2409事件標志位置位。在下一個掃描周期中，主機將定位于該DS2409并使能輔助輸出通道，以讀取分支名稱。接下來，主機將訪問相同的DS2409并且使能主輸出通道，以訪問接入系統(tǒng)的iButton。當主輸出通道進入工作狀態(tài)后，點亮LED，指示用戶已檢測到器件連接。如果不需要點亮LED，控制輸出可以連接到一個門鎖，軟件控制打開/關閉。由于Smart-On命令具有短路檢測功能，DS2409可以防止探測點短路所引起的網絡故障。

　　多層網絡

　　對于任何網絡，找到主機驅動負載和節(jié)點(或分支、從機)數量間的最佳平衡非常重要。達到這個目的一種方式是網路分層(參見圖2)。圖中展示了一個4層網絡，從始終保持有效狀態(tài)的主干開始(第0層)，每個子層都包含開關分支(第1層到第3層)。R1/C1應靠近1-Wire主機。如果通過1個或多個DS2409在1-Wire主干層和子層構建多層網絡，R1將保證主機再度連接時自動關斷通路。C1在VDD過沖時避免DS2409阻塞1-Wire總線。

　　為了有效控制這種網絡，主機應當了解每層各個分支DS2409從機的ROM ID，以識別網絡拓撲。為了打開第3層從機的通路(如箭頭所示)，主機應執(zhí)行下列命令：

　　對主干U1執(zhí)行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開第1層兩個從器件的通路)。

　　對第1層U3執(zhí)行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開第2層的兩個從器件通路)。

　　對第2層U4執(zhí)行Match ROM命令。

　　打開輔助輸出通道(該操作將打開第3層連接至該輸出的從器件通路)。

　　圖2. 多層網絡拓撲

　　由于采用VCC供電，DS2409的最大1-Wire總線負載是100pF (50pF來自1-Wire總線輸入，50pF來自輸出)，而典型的寄生供電1-Wire器件總線負載為800pF至1000pF。在示例拓撲中，主機所要驅動的總負載是：主干網上的DS2409 (50pF)、第1層的兩個DS2409 (150pF，2個輸入、1個輸出)、第2層的兩個DS2409 (150pF)，連接在U4輔助輸出通道的所有從器件(50pF加上從機負載)。因此總負載是400pF加上從機負載。

　　根據應用需求，在每個分支可以掛接多于2個DS2409，表3列出了最大分支數目以及相應的來自于耦合器的負載。層與層之間，分支數目呈指數方式增長，然而來自DS2409的負載則呈線性增長。

　　表3. 多層分支數與DS2409負載

　　除了隨網絡層數增加而線性增加的通信負荷外，用戶同時應注意DS2409所引入的阻抗。對于主輸出來說，典型值是10Ω (最大值20Ω);對于輔助通道來說，典型值是15Ω (最大值30Ω)。非零阻抗降低了最終網絡層(主機至從機)的高電平，并拉高了主干網(從機至主機)的低電平。降低高電平通常不是什么問題，但是由于低電平閥值被拉高，通常建議用戶將網絡分層控制在4層或4層以內。