基于1-Wire雙向電平轉換器(1.8V-5V)設計方法

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

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。