確定多從機(jī)1-Wire網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時(shí)間

設(shè)計(jì)1-wire網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常需要考慮的一個(gè)問題就是確定適當(dāng)?shù)幕謴?fù)時(shí)間，以確保為寄生供電的1-wire從器件提供足夠的電能。本文分析了確定對(duì)供電有嚴(yán)格要求事件所需的1-wire協(xié)議，并提供了不同1-wire從機(jī)數(shù)、不同工作電壓以及溫度條件下的恢復(fù)時(shí)間計(jì)算方法。

引言

本應(yīng)用筆記適用于典型的1-wire網(wǎng)絡(luò)，該1-wire網(wǎng)絡(luò)由帶上拉電阻的1-wire驅(qū)動(dòng)器(主控制器)和1個(gè)或多個(gè)1-wire從機(jī)器件組成，如圖1所示。大多數(shù)1-wire器件都是寄生供電，這就意味著1-wire總線同時(shí)作為電源線和雙向數(shù)據(jù)線。1-wire協(xié)議規(guī)定無通信時(shí)進(jìn)入空閑狀況，1-wire從器件恰好能從總線獲取電源。限制1-wire從器件可用電源數(shù)目的臨界參數(shù)是恢復(fù)時(shí)間trec。產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料中規(guī)定了trec的大小，并給出了只在單從機(jī)1-wire網(wǎng)絡(luò)中有效的讀/寫波形。

影響參數(shù)
在分析供電時(shí)的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，需考慮幾個(gè)主要參數(shù)和次要參數(shù)。這些參數(shù)如下：

主要參數(shù)

我們先從數(shù)據(jù)資料給出的條件開始分析：一個(gè)帶2.2k上拉電阻器(上拉至2.8v)的驅(qū)動(dòng)器、最壞情況下的溫度，總線上有單個(gè)1-wire從機(jī)器件，以及可忽略的電纜電容。本文以1-wire從機(jī)器件的個(gè)數(shù)為主要參數(shù)，并提供不同工作電壓、速率以及溫度下恢復(fù)時(shí)間的值。如果1-wire驅(qū)動(dòng)器和從機(jī)之間的電纜非常重要，那么在計(jì)算中每15米長的電纜就可等效成一個(gè)附加的從機(jī)器件。

這里得出的結(jié)果適合典型的1-wire從機(jī)器件，可以實(shí)現(xiàn)rom功能、通用寄存器讀功能以及sram寫功能。寫eeprom、溫度轉(zhuǎn)換以及sha-1計(jì)算有特定的供電要求(如強(qiáng)上拉)，具體依器件而定，這不影響該計(jì)算方法的有效性。就rom功能和存儲(chǔ)器讀操作而言，1-wire eprom器件也被視為典型器件；為了實(shí)現(xiàn)編程目的，只允許在網(wǎng)絡(luò)上掛接單個(gè)eprom器件。

結(jié)果矩陣

用線性公式：trec = a * n + b，計(jì)算恢復(fù)時(shí)間的大小。假設(shè)所有從機(jī)器件并聯(lián)在1-wire線路和接地基準(zhǔn)之間，則n表示網(wǎng)絡(luò)中寄生供電的從機(jī)器件數(shù)。由vcc引腳供電的1-wire從機(jī)器件不會(huì)明顯給1-wire總線加載；它們應(yīng)計(jì)為器件的1/10。斜率a隨溫度、工作(上拉)電壓以及1-wire速率變化而變化。本文中讓失調(diào)量b僅隨速率變化就足夠了。表1所列是含有斜率和失調(diào)量的公式。通過手動(dòng)曲線擬合產(chǎn)生數(shù)字值；則結(jié)果近似與基于科學(xué)模型通過迭代法得到的結(jié)果吻合。n = 1時(shí)，該結(jié)果矩陣不能產(chǎn)生與器件數(shù)據(jù)資料中一樣的數(shù)據(jù)。這一數(shù)值差異是曲線擬合的偏差，不應(yīng)被視為與規(guī)范要求沖突。

高工作電壓下的恢復(fù)時(shí)間最短。上拉電壓為4.5v或更高時(shí)應(yīng)選用4.5v項(xiàng)。2.8v項(xiàng)對(duì)應(yīng)的恢復(fù)時(shí)間也適用于更高的電壓，但不會(huì)降低數(shù)據(jù)速率。工作電壓vx在2.8v和4.5v之間時(shí)，可通過線性插補(bǔ)獲得新斜率值：slope@vx = slope@2.8v - (vx - 2.8v)/1.7v * (slope@2.8v - slope@4.5v)。

實(shí)例

假定某應(yīng)用需要一個(gè)帶有10個(gè)1-wire器件(n = 10)的網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)速率下tw0lmin = 60μs，高速模式下為6μs。(這些數(shù)值來自于器件的數(shù)據(jù)資料，對(duì)于不同的器件類型，采用tw0lmin的最大值。)假定該網(wǎng)絡(luò)工作在0°c至70°c溫度下。工作電壓未定。適合該溫度范圍的項(xiàng)為-5°c，因?yàn)樗堑陀谧钚」ぷ鳒囟惹遗c之最接近的數(shù)值。由于更高溫度下的斜率比-5°c時(shí)的斜率低，因此該結(jié)果對(duì)于高于-5°c的所有溫度是有效的。表2列出該實(shí)例的trec以及具有恢復(fù)時(shí)間的最大數(shù)據(jù)速率。

在標(biāo)準(zhǔn)速率下，數(shù)據(jù)速率降至單從機(jī)網(wǎng)絡(luò)15.3kbps基準(zhǔn)的大約70%。在高速模式下，數(shù)據(jù)速率低于125kbps基準(zhǔn)的40%。如果表2中數(shù)據(jù)速率都適合應(yīng)用，則工作電壓的選擇不重要。然而，如果可提供大約5v的工作電壓，則具有較好的噪聲抑制性，應(yīng)將其做為首選。

表2. 實(shí)例計(jì)算結(jié)果(n = 10)

有源1-wire驅(qū)動(dòng)器

dallas semiconductor產(chǎn)品中包含三個(gè)有源1-wire驅(qū)動(dòng)器：ds2480b、ds2490和 ds2482。

ds2480b和ds2490具有同樣的5v 1-wire驅(qū)動(dòng)器，但是有不同的主機(jī)接口。兩款器件的恢復(fù)時(shí)間均終止于1-wire總線電壓超過規(guī)定門限的時(shí)候。采用ds2480b，只要1-wire有效(例如，寫1字節(jié))，主機(jī)就能通過uart端接收一個(gè)應(yīng)答字節(jié)。采用usb兼容的ds2490，主機(jī)需要輪詢以檢測(cè)1-wire有效性是否結(jié)束。

ds2482通過其i2c接口與主機(jī)通信。該器件的1-wire側(cè)可工作在3.3v和5v電壓下。采用ds2482，當(dāng)1-wire時(shí)隙結(jié)束時(shí)，恢復(fù)時(shí)間終止。如果有源上拉功能被激活，則在固定持續(xù)時(shí)間內(nèi)，可在1-wire總線的上升沿提供額外的電量。ds2482比一個(gè)單純的阻性上拉強(qiáng)，但是不如ds2480b或ds2490。ds2482的8通道版本有助于將一個(gè)較大的應(yīng)用分離成幾個(gè)每線具有較少1-wire器件的更小的網(wǎng)絡(luò)。采用ds2490時(shí)，ds2482的主機(jī)需要輪詢驅(qū)動(dòng)器芯片以檢測(cè)1-wire有效性是否結(jié)束。

采用可作為智能1-wire驅(qū)動(dòng)器的微控制器可以實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，特別是驅(qū)動(dòng)一個(gè)物理的大型1-wire網(wǎng)絡(luò)。該電路及其必需軟件所應(yīng)考慮事項(xiàng)的詳細(xì)描述，請(qǐng)參見dallas應(yīng)用筆記244。這種驅(qū)動(dòng)器工作在3.3v或5v電壓下，具體取決于微控制器特性。

結(jié)束語

計(jì)算多從機(jī)器件1-wire應(yīng)用所需的恢復(fù)時(shí)間是一個(gè)非常簡單和直觀的過程。對(duì)于1-wire網(wǎng)絡(luò)，通常采用5v電壓是最佳選擇。對(duì)于更多的應(yīng)用來說，采用帶上拉電阻的1-wire驅(qū)動(dòng)器就足夠了。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)，則需要帶有源上拉的驅(qū)動(dòng)器。