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(mén)禁控制的探測點(diǎn)(即讀取頭)以及用來(lái)減少大型1-Wire®網(wǎng)絡(luò )中總線(xiàn)上的負載。DS2409也被用來(lái)實(shí)現雙主機網(wǎng)絡(luò )。但目前Maxim已經(jīng)決定停止生產(chǎn)DS2409并鼓勵所有使用DS2409的客戶(hù)實(shí)施相應的設計改進(jìn)以應對這個(gè)情況。這篇應用筆記介紹了使用DS2409的1-Wire網(wǎng)絡(luò )系統的替代方案，這些方案并不要求對現有的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(shí)現多種特殊應用。本文首先列出了DS2409的特性和應用，接著(zhù)介紹了可以實(shí)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(gè)特殊類(lèi)型的2端口可尋址開(kāi)關(guān)器件。與向傳統的可編程輸入/輸出口(PIO)輸出高、低電平不同，這個(gè)器件通過(guò)傳輸門(mén)來(lái)將其輸出通道與作為其輸入的1-Wire總線(xiàn)連接。在任何時(shí)刻，只有一個(gè)1-Wire輸出通道有效。除了1-Wire輸出通道以外，DS2409還有一個(gè)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(guò)控制狀態(tài)控制字節來(lái)完成的(參見(jiàn)DS2409數據資料)。狀態(tài)信息字節(參見(jiàn)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(gè)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(lái)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(guò)內部上拉電阻拉到5V VDD電平。短暫的電源掉電將使器件進(jìn)入上電復位狀態(tài)。在VDD穩定后，1-Wire輸入端口作用一個(gè)短暫低電平，使DS2409進(jìn)入軟件上電復位狀態(tài)。當DS2409重新和主機連接后，器件進(jìn)入默認的上電復位配置狀態(tài)，1-Wire總線(xiàn)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(diǎn)、多層網(wǎng)絡(luò )、雙主機網(wǎng)絡(luò )(參見(jiàn)表2)。

　　表2. 特性及其應用

智能探測點(diǎn)

　　圖1所示框圖是將iButton®作為電子鑰匙的門(mén)禁系統。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(xiàn)中斷時(shí)，DS2409可以實(shí)現一個(gè)軟復位。C1在VDD過(guò)沖時(shí)可以避免DS2409阻塞1-Wire總線(xiàn)。

　　圖1. 帶智能探測點(diǎn)的門(mén)禁控制系統拓撲

　　除了主1-Wire總線(xiàn)外，探測點(diǎn)(如DS9092 iButton探頭)位于DS2409主輸出端分支二級網(wǎng)絡(luò )上。與輔助輸出口相連接的是一個(gè)ID芯片，比如一個(gè)1-Wire EEPROM器件，這個(gè)器件中存儲了分支名稱(chēng)。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(xiàn)斷開(kāi))，與此同時(shí)主機在進(jìn)行條件搜索，檢測事件是否發(fā)生。當一個(gè)iButton連接到探測點(diǎn)時(shí)，將該分支上的DS2409事件標志位置位。在下一個(gè)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(chēng)。接下來(lái)，主機將訪(fǎng)問(wèn)相同的DS2409并且使能主輸出通道，以訪(fǎng)問(wèn)接入系統的iButton。當主輸出通道進(jìn)入工作狀態(tài)后，點(diǎn)亮LED，指示用戶(hù)已檢測到器件連接。如果不需要點(diǎn)亮LED，控制輸出可以連接到一個(gè)門(mén)鎖，軟件控制打開(kāi)/關(guān)閉。由于Smart-On命令具有短路檢測功能，DS2409可以防止探測點(diǎn)短路所引起的網(wǎng)絡(luò )故障。

　　多層網(wǎng)絡(luò )

　　對于任何網(wǎng)絡(luò )，找到主機驅動(dòng)負載和節點(diǎn)(或分支、從機)數量間的最佳平衡非常重要。達到這個(gè)目的一種方式是網(wǎng)路分層(參見(jiàn)圖2)。圖中展示了一個(gè)4層網(wǎng)絡(luò )，從始終保持有效狀態(tài)的主干開(kāi)始(第0層)，每個(gè)子層都包含開(kāi)關(guān)分支(第1層到第3層)。R1/C1應靠近1-Wire主機。如果通過(guò)1個(gè)或多個(gè)DS2409在1-Wire主干層和子層構建多層網(wǎng)絡(luò )，R1將保證主機再度連接時(shí)自動(dòng)關(guān)斷通路。C1在VDD過(guò)沖時(shí)避免DS2409阻塞1-Wire總線(xiàn)。

　　為了有效控制這種網(wǎng)絡(luò )，主機應當了解每層各個(gè)分支DS2409從機的ROM ID，以識別網(wǎng)絡(luò )拓撲。為了打開(kāi)第3層從機的通路(如箭頭所示)，主機應執行下列命令：

　　對主干U1執行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開(kāi)第1層兩個(gè)從器件的通路)。

　　對第1層U3執行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開(kāi)第2層的兩個(gè)從器件通路)。

　　對第2層U4執行Match ROM命令。

　　打開(kāi)輔助輸出通道(該操作將打開(kāi)第3層連接至該輸出的從器件通路)。

　　圖2. 多層網(wǎng)絡(luò )拓撲

　　由于采用VCC供電，DS2409的最大1-Wire總線(xiàn)負載是100pF (50pF來(lái)自1-Wire總線(xiàn)輸入，50pF來(lái)自輸出)，而典型的寄生供電1-Wire器件總線(xiàn)負載為800pF至1000pF。在示例拓撲中，主機所要驅動(dòng)的總負載是：主干網(wǎng)上的DS2409 (50pF)、第1層的兩個(gè)DS2409 (150pF，2個(gè)輸入、1個(gè)輸出)、第2層的兩個(gè)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(gè)分支可以?huà)旖佣嘤?個(gè)DS2409，表3列出了最大分支數目以及相應的來(lái)自于耦合器的負載。層與層之間，分支數目呈指數方式增長(cháng)，然而來(lái)自DS2409的負載則呈線(xiàn)性增長(cháng)。

　　表3. 多層分支數與DS2409負載

　　除了隨網(wǎng)絡(luò )層數增加而線(xiàn)性增加的通信負荷外，用戶(hù)同時(shí)應注意DS2409所引入的阻抗。對于主輸出來(lái)說(shuō)，典型值是10Ω (最大值20Ω);對于輔助通道來(lái)說(shuō)，典型值是15Ω (最大值30Ω)。非零阻抗降低了最終網(wǎng)絡(luò )層(主機至從機)的高電平，并拉高了主干網(wǎng)(從機至主機)的低電平。降低高電平通常不是什么問(wèn)題，但是由于低電平閥值被拉高，通常建議用戶(hù)將網(wǎng)絡(luò )分層控制在4層或4層以?xún)取?/span>