DS2409 MicroLAN耦合器替代方案設(shè)計(jì)

摘要：DS2409的設(shè)計(jì)初衷是將其用做門禁控制的探測(cè)點(diǎn)(即讀取頭)以及用來(lái)減少大型1-Wire®網(wǎng)絡(luò)中總線上的負(fù)載。DS2409也被用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙主機(jī)網(wǎng)絡(luò)。但目前Maxim已經(jīng)決定停止生產(chǎn)DS2409并鼓勵(lì)所有使用DS2409的客戶實(shí)施相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)以應(yīng)對(duì)這個(gè)情況。這篇應(yīng)用筆記介紹了使用DS2409的1-Wire網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的替代方案，這些方案并不要求對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

　　概述

　　得益于DS2409 MicroLAN耦合器的獨(dú)特設(shè)計(jì)，它可以被用于實(shí)現(xiàn)多種特殊應(yīng)用。本文首先列出了DS2409的特性和應(yīng)用，接著介紹了可以實(shí)現(xiàn)相同功能的替代電路。最后本文對(duì)這些替代電路做了詳細(xì)討論。

　　DS2409特性描述

　　DS2409是一個(gè)特殊類型的2端口可尋址開關(guān)器件。與向傳統(tǒng)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)傳輸門來(lái)將其輸出通道與作為其輸入的1-Wire總線連接。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(rèn)方式)，也可配合輔助輸出通道使用，還可以獨(dú)立使用。這些功能的切換是通過(guò)控制狀態(tài)控制字節(jié)來(lái)完成的(參見DS2409數(shù)據(jù)資料)。狀態(tài)信息字節(jié)(參見DS2409數(shù)據(jù)資料)允許主機(jī)確認(rèn)設(shè)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(rèn)每個(gè)1-Wire輸出的邏輯狀態(tài)(高或者低)、事件標(biāo)志位(置位/清零)。表1總結(jié)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(shì)

　　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(nèi)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(fù)位狀態(tài)。在VDD穩(wěn)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(fù)位狀態(tài)。當(dāng)DS2409重新和主機(jī)連接后，器件進(jìn)入默認(rèn)的上電復(fù)位配置狀態(tài)，1-Wire總線輸出通道都處于非工作狀態(tài)，事件標(biāo)志位狀態(tài)不確定。

　　表1列出的特性主要面向下列3種應(yīng)用：智能探測(cè)點(diǎn)、多層網(wǎng)絡(luò)、雙主機(jī)網(wǎng)絡(luò)(參見表2)。

　　表2. 特性及其應(yīng)用

智能探測(cè)點(diǎn)

　　圖1所示框圖是將iButton®作為電子鑰匙的門禁系統(tǒng)。R1/C1應(yīng)盡量靠近1-Wire適配器安裝。R1的作用在于當(dāng)1-Wire總線中斷時(shí)，DS2409可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟復(fù)位。C1在VDD過(guò)沖時(shí)可以避免DS2409阻塞1-Wire總線。

　　圖1. 帶智能探測(cè)點(diǎn)的門禁控制系統(tǒng)拓?fù)?/p>

　　除了主1-Wire總線外，探測(cè)點(diǎn)(如DS9092 iButton探頭)位于DS2409主輸出端分支二級(jí)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(chǔ)了分支名稱。正常工作情況下，所有分支都處于禁止?fàn)顟B(tài)(即與主1-Wire總線斷開)，與此同時(shí)主機(jī)在進(jìn)行條件搜索，檢測(cè)事件是否發(fā)生。當(dāng)一個(gè)iButton連接到探測(cè)點(diǎn)時(shí)，將該分支上的DS2409事件標(biāo)志位置位。在下一個(gè)掃描周期中，主機(jī)將定位于該DS2409并使能輔助輸出通道，以讀取分支名稱。接下來(lái)，主機(jī)將訪問(wèn)相同的DS2409并且使能主輸出通道，以訪問(wèn)接入系統(tǒng)的iButton。當(dāng)主輸出通道進(jìn)入工作狀態(tài)后，點(diǎn)亮LED，指示用戶已檢測(cè)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)門鎖，軟件控制打開/關(guān)閉。由于Smart-On命令具有短路檢測(cè)功能，DS2409可以防止探測(cè)點(diǎn)短路所引起的網(wǎng)絡(luò)故障。

　　多層網(wǎng)絡(luò)

　　對(duì)于任何網(wǎng)絡(luò)，找到主機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載和節(jié)點(diǎn)(或分支、從機(jī))數(shù)量間的最佳平衡非常重要。達(dá)到這個(gè)目的一種方式是網(wǎng)路分層(參見圖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)的主干開始(第0層)，每個(gè)子層都包含開關(guān)分支(第1層到第3層)。R1/C1應(yīng)靠近1-Wire主機(jī)。如果通過(guò)1個(gè)或多個(gè)DS2409在1-Wire主干層和子層構(gòu)建多層網(wǎng)絡(luò)，R1將保證主機(jī)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。

　　為了有效控制這種網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)應(yīng)當(dāng)了解每層各個(gè)分支DS2409從機(jī)的ROM ID，以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。為了打開第3層從機(jī)的通路(如箭頭所示)，主機(jī)應(yīng)執(zhí)行下列命令：

　　對(duì)主干U1執(zhí)行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開第1層兩個(gè)從器件的通路)。

　　對(duì)第1層U3執(zhí)行Match ROM命令。

　　使能主輸出通道(該操作將打開第2層的兩個(gè)從器件通路)。

　　對(duì)第2層U4執(zhí)行Match ROM命令。

　　打開輔助輸出通道(該操作將打開第3層連接至該輸出的從器件通路)。

　　圖2. 多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　由于采用VCC供電，DS2409的最大1-Wire總線負(fù)載是100pF (50pF來(lái)自1-Wire總線輸入，50pF來(lái)自輸出)，而典型的寄生供電1-Wire器件總線負(fù)載為800pF至1000pF。在示例拓?fù)渲校鳈C(jī)所要驅(qū)動(dòng)的總負(fù)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(jī)負(fù)載)。因此總負(fù)載是400pF加上從機(jī)負(fù)載。

　　根據(jù)應(yīng)用需求，在每個(gè)分支可以掛接多于2個(gè)DS2409，表3列出了最大分支數(shù)目以及相應(yīng)的來(lái)自于耦合器的負(fù)載。層與層之間，分支數(shù)目呈指數(shù)方式增長(zhǎng)，然而來(lái)自DS2409的負(fù)載則呈線性增長(zhǎng)。

　　表3. 多層分支數(shù)與DS2409負(fù)載

　　除了隨網(wǎng)絡(luò)層數(shù)增加而線性增加的通信負(fù)荷外，用戶同時(shí)應(yīng)注意DS2409所引入的阻抗。對(duì)于主輸出來(lái)說(shuō)，典型值是10Ω (最大值20Ω);對(duì)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(jī)至從機(jī))的高電平，并拉高了主干網(wǎng)(從機(jī)至主機(jī))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，通常建議用戶將網(wǎng)絡(luò)分層控制在4層或4層以內(nèi)。