1-Wire擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
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引言
1-Wire總線是一種簡(jiǎn)單的信令協(xié)議，可通過(guò)單根電氣連接進(jìn)行雙向通信。在1-Wire系統(tǒng)中，單個(gè)主機(jī)與一個(gè)或多個(gè)從器件通過(guò)一條公共數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。Dallas Semiconductor公司于1989年制定了1-Wire標(biāo)準(zhǔn)，減少了便攜數(shù)據(jù)傳輸模塊間的連接。iButton® (16mm電池形狀的模塊)隨之應(yīng)運(yùn)而生，目前全球銷售量超過(guò)1.3億。
1-Wire架構(gòu)也適用于其它應(yīng)用，如芯片標(biāo)簽和遠(yuǎn)距離傳感器。然而，早期的1-Wire前端沒(méi)有考慮到這些新型應(yīng)用的噪聲水平與線路特性(如線長(zhǎng))。若要滿足這些新型應(yīng)用的要求，經(jīng)常需要考慮在實(shí)際應(yīng)用中如何配置1-Wire網(wǎng)絡(luò)。因此，為了滿足這一系列應(yīng)用的要求，Dallas開(kāi)發(fā)了1-Wire擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的新型1-Wire前端，并將其植入一些新產(chǎn)品中。表1列出了1-Wire器件清單，并給出了新型擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)支持的器件。
新型擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)的重要特性
各種噪聲源所產(chǎn)生的噪聲將導(dǎo)致1-Wire線路上出現(xiàn)信號(hào)毛刺。這些噪聲可能來(lái)自網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)或分支點(diǎn)的反射。噪聲也可能由外部源產(chǎn)生，并耦合到1-Wire信號(hào)上。上升沿的噪聲毛刺會(huì)導(dǎo)致1-Wire器件與主機(jī)失去同步。改進(jìn)后的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)前端可以解決上升沿存在的這一問(wèn)題。
新型1-Wire前端主要包括三個(gè)部分：用于濾除高頻噪聲的低通濾波器、低電平切換至高電平時(shí)的電壓滯回電路，以及上升沿延時(shí)電路。某些1-Wire器件還具有在線應(yīng)答脈沖擺率控制電路。圖1給出了這一系列特性的示意圖。粉紅色陰影部分表示1-Wire電壓由低電平至高電平轉(zhuǎn)換期間，器件忽略電壓幅值的毛刺和瞬時(shí)毛刺。
圖1. 新型1-Wire前端的特性
表1. 1-Wire器件
Device
FC
Description
1-Wire Extended Network Support
DS1425
02
Multikey iButton, 1152-bit secure memory
DS1427
04
4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS1820
10
Temperature and alarm trips
DS1822
22
1-Wire Econo temp sensor
DS1825
3B
1-Wire thermometer with 4-bit address
DS18B20
28
Adjustable resolution temperature
DS18S20
10
Temperature and alarm trips
DS1982
09
1k EPROM memory
DS1985
0B
16k EPROM memory
DS1986
0F
64k EPROM memory
DS1904
24
Real-Time Clock (RTC) iButton
DS1920
10
Temperature and alarm trips
DS1921G
DS1921H
DS1921Z
21
Thermochron temperature logger
DS1922L
DS1922T
DS1923
41
High-Capacity Thermochron and/or Hygrochron. temperature and/or humidity dataloggers, respectively
DS1961S
33
1k EEPROM memory with SHA-1 engine
DS1963L
1A
4k NV RAM memory with write cycle counters
DS1963S
18
4K NVRAM memory and SHA-1 engine
DS1971
14
256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register
DS1972
2D
1k EEPROM memory
DS1973
23
4k EEPROM memory
DS1977
37
Password-protected 32kB (bytes) EEPROM
DS1990A
DS1990R
01
1-Wire address only
DS1991
02
Multikey iButton, 1152-bit secure memory
DS1992
08
1k NV RAM memory
DS1993
06
4k NV RAM memory
DS1994
04
4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS1995
0A
16k NV RAM memory
DS1996
0C
64k NV RAM memory
DS2401
01
1-Wire address only
DS2405
05
Single switch
DS2404
04
4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS2406
DS2407
12
1k EPROM memory, 2-channel addressable switch
DS2408
29
8-channel addressable switch
DS2409
1F
Dual switch, coupler
DS2411
01
Low-voltage, unique 64-bit serial ROM number (requires VDD connection)
DS2413
3A
Dual-channel addressable switch
DS2415
24
RTC
DS2417
27
RTC with interrupt
DS2422
41
High-capacity Thermochron/Hygrochron (temperature and humidity) datalogger
DS2423
1D
4k NV RAM memory with external counters
DS2430A
14
256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register
DS2431
2D
1024-bit EEPROM memory
DS2432
33
1k EEPROM memory with SHA-1 engine
DS2433
23
4k EEPROM memory
DS2436
1B
1-Wire battery ID with temperature and voltage monitor
DS2438
26
Temperature, ADC
DS2450
20
Quad ADC
DS2502
09
1k EPROM memory
DS2505
0B
16k EPROM memory
DS2506
0F
64k EPROM memory
DS2720
31
1-Wire single-cell Lithium recharger with protection
DS2740
36
1-Wire coulomb counter (high precision)
DS2751
51
1-Wire fuel gauge for 1-cell Li+ or 3-cell NiMH
DS2760
30
Temperature, current, ADC
DS2761
2B
1-Wire Li+ monitor
DS2762
30
1-Wire battery monitor and protector
DS2770
2E
1-Wire battery monitor and charge controller
DS2780
32
Stand-alone 1-Wire fuel gauge
DS2890
2C
Single-channel digital potentiometer
DS28E04-100
1C
4096-bit EEPROM memory, two-channel addressable switch
注意：新的1-Wire器件將及時(shí)添加到產(chǎn)品線上。列表中可能沒(méi)有列出最新的器件。請(qǐng)參考器件數(shù)據(jù)資料中的“改善的網(wǎng)絡(luò)性能”(Improved Network Behavior)部分，確認(rèn)此器件是否帶有新型擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)前端。
擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的新特性僅適用于標(biāo)準(zhǔn)速率通信，在高速模式下無(wú)效。1-Wire前端的新增特性將影響1-Wire時(shí)序參數(shù)。這里要特別指出，新標(biāo)準(zhǔn)引入了一個(gè)EC參數(shù)tREH，表示上升沿延時(shí)。這一延時(shí)特性延長(zhǎng)了主機(jī)產(chǎn)生的讀位的低電平時(shí)間tRL。參見(jiàn)表2。
通過(guò)長(zhǎng)線實(shí)現(xiàn)與1-Wire器件通信的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，位操作之間需具有足夠的恢復(fù)時(shí)間。因此，所有擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)器件都具有較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間tREC。所有器件(標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的)的恢復(fù)時(shí)間都是針對(duì)1-Wire總線上只有一個(gè)器件的條件定義的?？偩€上掛接有多個(gè)器件時(shí)，如何確定擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時(shí)間請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用筆記3829，確定多從機(jī)1-Wire網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時(shí)間。
內(nèi)置在線應(yīng)答脈沖擺率控制的器件還具有一個(gè)參數(shù)tFPD，表示在線應(yīng)答檢測(cè)下降沿時(shí)間。雖然控制擺率可以減小長(zhǎng)線傳輸所產(chǎn)生的反射，但對(duì)于主機(jī)檢測(cè)在線應(yīng)答脈沖的窗口也將產(chǎn)生非常大的影響。1-Wire主機(jī)的阻抗匹配無(wú)需采用擺率延時(shí)，即能有效地控制這些反射。因此，以后推出的器件將不再采用在線應(yīng)答脈沖擺率控制。
表2. EC表參數(shù)的區(qū)別
Parameter
Speed
Min/Max
Standard
Extended Network
tREC
Standard
Min
1
5
Overdrive
Min
1
2
tREC (before reset)
Overdrive
Min
1
5
tREH
Standard
Min
—
0.5
Standard
Max
—
5
Overdrive
Min
—
0.5
Overdrive
Max
—
5
tRL
Standard
Min
1
5
結(jié)論
1-Wire主機(jī)能同時(shí)兼容于標(biāo)準(zhǔn)器件和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)器件。使用擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)器件時(shí)，只需簡(jiǎn)單的延長(zhǎng)位操作間的恢復(fù)時(shí)間以及讀位啟動(dòng)脈沖時(shí)間tRL。采用較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間將降低數(shù)據(jù)吞吐率，而改變讀位啟動(dòng)脈沖時(shí)間則不會(huì)影響吞吐率。對(duì)于采用線應(yīng)答脈沖擺率控制(tFPD)的器件所組成的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)仔細(xì)選擇在線應(yīng)答脈沖的采樣點(diǎn)。使用不同的器件和電壓，可能要限制其采樣范圍。
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