1-Wire双向电平转换器介绍
出处:angeline 发布于:2011-08-11 17:20:32
在新一代电子电路设计中, 随着低电压逻辑的引入,系统内部常常出现输入/ 输出逻辑不协调的问题, 从而提高了系统设计的复杂性。例如, 当1. 8V的数字电路与工作在3. 3V 的模拟电路进行通信时,需要首先解决两种电平的转换问题,这时就需要电平转换器。
随着不同工作电压的数字IC 的不断涌现,逻辑电平转换的必要性更加突出, 电平转换方式也将随逻辑电压、数据总线的形式以及数据传输速率的不同而改变。现在虽然许多逻辑芯片都能实现较高的逻辑电平至较低逻辑电平的转换 ,但极少有逻辑电路芯片能够将较低的逻辑电平转换成较高的逻辑电平 。另外,电平转换器虽然也可以用晶体管甚至电阻———二极管的组合来实现, 但因受寄生电容的影响,这些方法大大限制了数据的传输速率。尽管宽字节的电平转换器已经商用化, 但这些产品不是针对数据速率低于20Mbps 的串行总线优化的, 这些器件具有较大的封装尺寸、较多的引脚数和I/ O 方向控制引脚,因而不适合小型串行或外设接口和更高速率的总线。
FPGA、微处理器、DS2482-100和DS2480B是常见的1-Wire主机器件。1-Wire/iButton从器件由Maxim生产,该系列器件的典型工作电压为2.8V至5.25V。过去,传统的1-Wire主机和从器件均采用5V漏极开路逻辑。
现在,设计人员需要1-Wire主机IO提供1.8V的漏极开路逻辑。而大部分1-Wire从器件可以安全地工作在5V,它们中的绝大多数无法工作在1.8V。需要一个双向电平转换器来克服这种限制。本参考设计采用Maxim?的MAX3394E双向电平转换器,用于解决这类应用中的问题。
电平转换器
MAX3394E双向电平转换器采用8引脚、3mm x 3mm TDFN封装。借助其内部摆率增强电路,可理想用于大电容负载驱动。1-Wire从器件电容负载通常大于500pF。MAX3394E的VCC I/O引脚具有±15kV HBM静电保护,为1-Wire主机提供保护。1-Wire总线通常用于连接外部世界,HBM保护是基本需求。推荐在上拉电阻、可选择的强上拉电路以及1-Wire从器件处使用DS9503P以增强ESD保护。
应用电路
图1所示电路利用MAX3394E实现1.8V至5V双向电平转换,系统采用漏极开路端口。
图1. 1-Wire双向电平转换器电路原理图,注意,引脚I/O VL和I/O VCC具有10kΩ内部上拉。
该参考设计的BOM如表1所示。
波形测量/测试结果
图2至图5是对*估电路板进行测试得到的结果。
测试条件为:
VL = 1.8V
VCC = 5.0V
CH1:1-Wire主机(OW_MASTER)
CH2:DS1920 (OW_SLAVE)
OW_SLAVE线长:2.4米,值。
测试时没有使用图1中可选择的强上拉电路。
仅在室温下测量。
图2. 从1-Wire复位波形可以看出MAX3394E的性能,在线应答脉冲幅度不超过250mV,低于典型1-Wire主机VIL的0.4V电压。
图3. 1-Wire写操作波形,写“1”时隙,tLOW1 < 15μs。
图4. 1-Wire写操作波形,写“0”时隙,60μs < tLOW0 < 120μs。
图5. 1-Wire读操作波形,1-Wire从机漏极开路端口返回的读“0”时隙,电平低于典型1-Wire主机VIL的0.4V值。
结论
该参考设计用于实现1.8V至5V 1-Wire双向电平转换,驱动典型的1-Wire从器件。本文介绍了设计电路的搭建与测试,给出了电路原理图、BOM及典型测试波形。
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