為5V 1-Wire®從器件提供過壓保護(hù)

摘要：如果應(yīng)用中是在完成系統(tǒng)部署后寫入EPROM器件，此時需要對5V器件提供過壓保護(hù)。本文介紹如何在同一總線上使用1-Wire EPROM和5V 1-Wire器件，以及如何保護(hù)5V器件不受編程脈沖的沖擊。

引言

大多數(shù)1-Wire器件工作在2.8V至5.25V VPUP，進(jìn)行讀、寫操作。EPROM器件(包括DS2406、DS2502、DS1982、DS2505和DS1985)需要12V編程脈沖進(jìn)行寫操作。而編程脈沖對于不能承受5.5V以上電壓的器件構(gòu)成了過壓威脅。因此，如果應(yīng)用中需要在完成系統(tǒng)部署之后寫入EPROM器件，則要對5V器件進(jìn)行保護(hù)(圖1)。本文電路具有高達(dá)40V的正向過壓保護(hù)，在電壓高于12V EPROM編程脈沖的條件下提供系統(tǒng)防護(hù)。

圖1. 包含5V和12V器件的1-Wire總線。

保護(hù)電路要求

合適的保護(hù)電路需要滿足以下幾項(xiàng)要求：
•對1-Wire總線形成非常低的負(fù)載
•不妨礙1-Wire EPROM編程
•適當(dāng)保護(hù)5V 1-Wire器件
•維持完整的通信信號幅值

此外，最好采用常用的低成本元件構(gòu)建保護(hù)電路。

基本原理

圖2所示為非常簡單的保護(hù)電路。齊納二極管U1限制Q1的柵極電壓，R1限制通過U1的電流。Q1為n溝道MOSFET，配制成源極跟隨器，柵極電壓減去一個小的偏移電壓后達(dá)到1-Wire從器件的IO電壓。為維持完整的通信信號幅值，偏移電壓應(yīng)盡可能低。具有負(fù)偏壓的耗盡型MOSFET非常適合這一應(yīng)用。對Supertex® DN3135進(jìn)行測試，測得其偏壓為-1.84V (數(shù)據(jù)資料參數(shù)VGS(OFF))。由此，要求柵極電壓VG為3.16V, 決定了U1的門限電壓。

圖2. 保護(hù)電路原理圖。

不幸的是，晶體管的偏移電壓隨器件、溫度的不同而變化。“-1.84V”電壓可能變化成-3.5V至室溫下-1.5V之間的任何值。這種變化使得很難找到合適的齊納二極管。此外，低壓齊納二極管指標(biāo)通常為5mA下的指標(biāo)，該電流將會影響1-Wire EPROM的編程電壓。例如，如果工作于100μA，壓降則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定門限。此時，可能選擇并聯(lián)型基準(zhǔn)(與齊納二極管非常相似)更合適，可以在電流非常小的條件下達(dá)到門限電壓。例如，3.3V供電的Maxim LM4040，只需67μA電流就能可靠地達(dá)到反向擊穿電壓。根據(jù)1-Wire總線在5V時達(dá)到67μA電流的要求，可計(jì)算得到：R1 = (5V - 3.3V)/67μA = 25.4kΩ。1-Wire總線上大約10個從器件消耗的電流為67μA，這是1-Wire主控器件(例如DS2480B)可以接受的?，F(xiàn)在，我們檢查12V編程脈沖器件通過R1的電流：

I(R1) = (12V - 3.3V)/25.4kΩ = 343µA (式1)

1-Wire EPROM的編程電流規(guī)定為10mA。額外增加1/3mA的負(fù)載不會產(chǎn)生任何問題。因此，圖2所示電路在MOSFET偏移電壓接近-1.8V時能夠工作，但并不保證如此。實(shí)際應(yīng)用中，最好提供可調(diào)節(jié)門限的保護(hù)電路。

利用電流源實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)門限

圖3電路使用電流源(U1)設(shè)置Q1的最大柵極電壓。理想電流源所提供的電流不受其兩端電壓的影響。給定電流IOUT時，可通過選擇不同的R1調(diào)節(jié)柵極電壓。

圖3. 利用電流源改進(jìn)保護(hù)電路