DS2409 MicroLAN耦合器设计替代方案

2011-12-09 23:19:36来源: 互联网
摘要:DS2409的设计初衷是将其用做门禁控制的探测点(即读取头)以及用来减少大型1-Wire®网络中总线上的负载。DS2409也被用来实现双主机网络。但目前Maxim已经决定停止生产DS2409并鼓励所有使用DS2409的客户实施相应的设计改进以应对这个情况。这篇应用笔记介绍了使用DS2409的1-Wire网络系统的替代方案,这些方案并不要求对现有的网络进行重新设计。

  概述

  得益于DS2409 MicroLAN耦合器的独特设计,它可以被用于实现多种特殊应用。本文首先列出了DS2409的特性和应用,接着介绍了可以实现相同功能的替代电路。最后本文对这些替代电路做了详细讨论。

  DS2409特性描述

  DS2409是一个特殊类型的2端口可寻址开关器件。与向传统的可编程输入/输出口(PIO)输出高、低电平不同,这个器件通过传输门来将其输出通道与作为其输入的1-Wire总线连接。在任何时刻,只有一个1-Wire输出通道有效。除了1-Wire输出通道以外,DS2409还有一个可控输出通道,该输出通道可以配合主输出通道使用(默认方式),也可配合辅助输出通道使用,还可以独立使用。这些功能的切换是通过控制状态控制字节来完成的(参见DS2409数据资料)。状态信息字节(参见DS2409数据资料)允许主机确认设备配置状况、检查器件工作状态(使用或非使用状态)、确认每个1-Wire输出的逻辑状态(高或者低)、事件标志位(置位/清零)。表1总结了DS2409的这些特性以及这些特性带来的便利。

  表1. DS2409特性及优势

  DS2409需要5V VDD供电,上电后,所有1-Wire输出通道都处于非工作状态,并通过内部上拉电阻拉到5V VDD电平。短暂的电源掉电将使器件进入上电复位状态。在VDD稳定后,1-Wire输入端口作用一个短暂低电平,使DS2409进入软件上电复位状态。当DS2409重新和主机连接后,器件进入默认的上电复位配置状态,1-Wire总线输出通道都处于非工作状态,事件标志位状态不确定。

  表1列出的特性主要面向下列3种应用:智能探测点、多层网络、双主机网络(参见表2)。

  表2. 特性及其应用

智能探测点

  图1所示框图是将iButton®作为电子钥匙的门禁系统。R1/C1应尽量靠近1-Wire适配器安装。R1的作用在于当1-Wire总线中断时,DS2409可以实现一个软复位。C1在VDD过冲时可以避免DS2409阻塞1-Wire总线。

  

图1. 带智能探测点的门禁控制系统拓扑

 

  图1. 带智能探测点的门禁控制系统拓扑

  除了主1-Wire总线外,探测点(如DS9092 iButton探头)位于DS2409主输出端分支二级网络上。与辅助输出口相连接的是一个ID芯片,比如一个1-Wire EEPROM器件,这个器件中存储了分支名称。正常工作情况下,所有分支都处于禁止状态(即与主1-Wire总线断开),与此同时主机在进行条件搜索,检测事件是否发生。当一个iButton连接到探测点时,将该分支上的DS2409事件标志位置位。在下一个扫描周期中,主机将定位于该DS2409并使能辅助输出通道,以读取分支名称。接下来,主机将访问相同的DS2409并且使能主输出通道,以访问接入系统的iButton。当主输出通道进入工作状态后,点亮LED,指示用户已检测到器件连接。如果不需要点亮LED,控制输出可以连接到一个门锁,软件控制打开/关闭。由于Smart-On命令具有短路检测功能,DS2409可以防止探测点短路所引起的网络故障。

  多层网络

  对于任何网络,找到主机驱动负载和节点(或分支、从机)数量间的最佳平衡非常重要。达到这个目的一种方式是网路分层(参见图2)。图中展示了一个4层网络,从始终保持有效状态的主干开始(第0层),每个子层都包含开关分支(第1层到第3层)。R1/C1应靠近1-Wire主机。如果通过1个或多个DS2409在1-Wire主干层和子层构建多层网络,R1将保证主机再度连接时自动关断通路。C1在VDD过冲时避免DS2409阻塞1-Wire总线。

  为了有效控制这种网络,主机应当了解每层各个分支DS2409从机的ROM ID,以识别网络拓扑。为了打开第3层从机的通路(如箭头所示),主机应执行下列命令:

  对主干U1执行Match ROM命令。

  使能主输出通道(该操作将打开第1层两个从器件的通路)。

  对第1层U3执行Match ROM命令。

  使能主输出通道(该操作将打开第2层的两个从器件通路)。

  对第2层U4执行Match ROM命令。

  打开辅助输出通道(该操作将打开第3层连接至该输出的从器件通路)。

  

图2. 多层网络拓扑

 

  图2. 多层网络拓扑

  由于采用VCC供电,DS2409的最大1-Wire总线负载是100pF (50pF来自1-Wire总线输入,50pF来自输出),而典型的寄生供电1-Wire器件总线负载为800pF至1000pF。在示例拓扑中,主机所要驱动的总负载是:主干网上的DS2409 (50pF)、第1层的两个DS2409 (150pF,2个输入、1个输出)、第2层的两个DS2409 (150pF),连接在U4辅助输出通道的所有从器件(50pF加上从机负载)。因此总负载是400pF加上从机负载。

  根据应用需求,在每个分支可以挂接多于2个DS2409,表3列出了最大分支数目以及相应的来自于耦合器的负载。层与层之间,分支数目呈指数方式增长,然而来自DS2409的负载则呈线性增长。

  表3. 多层分支数与DS2409负载

  除了随网络层数增加而线性增加的通信负荷外,用户同时应注意DS2409所引入的阻抗。对于主输出来说,典型值是10Ω (最大值20Ω);对于辅助通道来说,典型值是15Ω (最大值30Ω)。非零阻抗降低了最终网络层(主机至从机)的高电平,并拉高了主干网(从机至主机)的低电平。降低高电平通常不是什么问题,但是由于低电平阀值被拉高,通常建议用户将网络分层控制在4层或4层以内。

双主机网络

  在应用中存在需要双主机控制1-Wire总线的情况,例如,需要一个备份主机或者两台主机相互通信的情况。图3是实现双主机的示意图,在这个例子中,DS1996存储器iButton用作数据交换时的暂存器,可选择ID芯片,如果已安装,则可存储与系统相关的信息,告知主机它们正在访问一个共享网络,该网络同时带有数据缓冲功能和握手逻辑。除了存储器iButton外,同样可以存在一个1-Wire从机构成的网络。建议在双主机网络中同样使用图1所示的R1/C1组合,将R1/C1应用于2个主机侧。

  

图3. 双主机,如果不能保证相同电压,则由同一电源为两个DS2409供电

 

  图3. 双主机,如果不能保证相同电压,则由同一电源为两个DS2409供电

  作为起点,DS2409的主输出和辅助输出通道都处于禁止状态。公共网络都从DS2409上拉到5V,等效上拉电阻降低到750Ω。两台主机都定期读取DS2409信息,以确定另一个主机是否已经接管了1-Wire总线网络。

  假定主机A访问DS1996,向主机B传送数据。为了访问存储器iButton (DS1996),主机A首先打开U1的可控输出,这将把U2的辅助输出拉低。同时,主机B已经读到了U2的状态信息,因此它知道主机A已经接管总线。接下来主机A打开耦合器U1的主输出,并且向存储器iButton写入数据,这些操作结束后,主机A关闭U1的主输出并且关闭控制输出。

  主机B仍然在读取U2的状态信息,并检测到主机A已经完成了写操作。此时主机B打开U2的控制输出,这将把U1的辅助输出拉低。主机A读到U1的状态信息并且知道主机B已经接管总线。这时主机B打开主输出通道,并从存储器iButton中读回数据。完成信息处理后,主机B向iButton写入一个回应信息。在这个操作结束后,主机B关闭U2的主输出并关闭控制输出。由于主机A仍在读取U1的状态信息,能够了解到主机B对总线的访问已经结束。

  功能命令及其典型用法

  DS2409总共有11条命令,这些命令实现网络控制功能。表4列出了这些命令并阐述了它们的典型用法。这些命令按照它们在网络应用中的重要性排序。详细信息请参阅DS2409数据资料。

  表4. DS2409功能命令及其典型用法

  我们重点介绍Smart-On命令(图4)。图中顶部的波形是1-Wire总线通信波形,本例中所示的是Smart-On Auxiliary命令。第一字节是33h命令代码,之后是复位信号FFh和复位响应(00h,表示检测到应答脉冲),后面跟随一个确认字节(33h,表示没有短路)。中间波形表示辅助输出通道的状态,即复位/应答检测(PD)周期。底部波形表示可控输出在开启辅助输出之前关闭主输出通道时的波形变换。在确认字节后的任何通信,都通过当前开通的通道进行。应答脉冲仅在其之前有一个All Lines Off命令时有效。

  

图4. Smart-On Auxiliary命令

 

  图4. Smart-On Auxiliary命令

  关闭输出通道通常采用All Lines Off命令(图5)。图中顶部的波形是命令字节66h,之后是确认字节。命令字节通过输出通道输出(中间波形),但确认字节没有从通道输入。底部波形表示当关闭输出时,可控通道电平的跳变。

  

图5. All Lines Off命令

 

  图5. All Lines Off命令

  除Smart-On命令外,对于主输出通道还有Direct-On命令(图6)。示波器上的波形如同All Lines Off命令的镜像。在命令码A5h之后,主输出通道打开(底部波形)。确认字节从输出通道输出(中间波形)。如果使用了这个命令,必须产生一个复位/应答周期,以保证打开通道上的从机与主机同步。

  

图6. Direct-On Main命令

 

  图6. Direct-On Main命令

DS2409替代方案

为了替代DS2409,用户应当使用1-Wire可寻址开关(用于数字控制和检测)和模拟开关(开通或关闭输出)。用1个双通道可寻址开关(如DS2413、DS2406或DS28E04)和一路或两路模拟开关,可

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关键字:DS2409  MicroLAN  耦合器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1209/article_13407.html
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