1-Wire?雙向電平轉換器(1.8V至5V)參考設計
加入技術交流群
設計人員要求1-Wire主機IO采用漏極開路架構，工作在1.8V。而多數1-Wire從器件無法工作在1.8V。本應用筆記介紹了實現1.8V 1-Wire主機與5V 1-Wire從器件之間電平轉換的參考設計(RD)。該參考設計用于驅動典型的1-Wire從器件，利用MAX3394E電平轉換器實現電平轉換。
引言
FPGA、微處理器、DS2482-100和DS2480B是常見的1-Wire主機器件。1-Wire/iButton?從器件由Maxim生產，該系列器件的典型工作電壓為2.8V至5.25V。過去，傳統的1-Wire主機和從器件均采用5V漏極開路邏輯。
現在，設計人員需要1-Wire主機IO提供1.8V的漏極開路邏輯。而大部分1-Wire從器件可以安全地工作在5V，它們中的絕大多數無法工作在1.8V。需要一個雙向電平轉換器克服這種限制。本參考設計(RD)采用Maxim?的MAX3394E雙向電平轉換器，用于解決這類應用中的問題。
電平轉換器
MAX3394E雙向電平轉換器采用8引腳、3mm x 3mm TDFN封裝。借助其內部擺率增強電路，可理想用于大電容負載驅動。1-Wire從器件電容負載通常大于500pF。MAX3394E的VCC I/O引腳具有±15kV HBM (人體模式)靜電保護，為1-Wire主機提供保護。1-Wire總線通常用于連接外部世界，HBM保護是基本需求。推薦在上拉電阻(R3)、可選擇的強上拉電路以及1-Wire從器件處使用DS9503P以增強ESD保護。
應用電路
圖1所示電路利用MAX3394E實現1.8V至5V雙向電平轉換，系統采用漏極開路端口。
圖1. 1-Wire雙向電平(1.8V至5V)轉換器電路原理圖，注意，引腳I/O VL和I/O VCC具有10kΩ內部上拉。
該參考設計的BOM (材料清單)如表1所示。
表1. 材料清單
| 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+ |
波形測量/測試結果
圖2至圖5是對評估電路板進行測試得到的結果。
測試條件為：
- VL = 1.8V
- VCC = 5.0V
- CH1：1-Wire主機(OW_MASTER)
- CH2：DS1920 (OW_SLAVE)
- OW_SLAVE線長：2.4米，最大值。
- 測試時沒有使用圖1中可選擇的強上拉電路。
- 僅在室溫下測量。
圖2. 從1-Wire復位波形可以看出MAX3394E的性能，在線應答脈沖幅度不超過250mV，低于典型1-Wire主機VIL的0.4V最大電壓。
圖3. 1-Wire寫操作波形，寫“1”時隙，tLOW1 15μs。
圖4. 1-Wire寫操作波形，寫“0”時隙，60μs tLOW0 120μs。
圖5. 1-Wire讀操作波形，1-Wire從機漏極開路端口返回的讀“0”時隙，電平低于典型1-Wire主機VIL的0.4V最大值。
結論
該參考設計用于實現1.8V至5V 1-Wire雙向電平轉換，驅動典型的1-Wire從器件。本文介紹了設計電路的搭建與測試，給出了電路原理圖、BOM及典型測試波形。
評論