| 1 選擇電纜 1-Wire網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)部分：主機(jī)、電纜、以及1-Wire器件。在主機(jī)和1-Wire器件之間的電纜可以通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)上的電感、電阻及電纜電容進(jìn)行等效建模,其電纜電容一般為電纜長(zhǎng)度與線(xiàn)長(zhǎng)比容的乘積,一般5類(lèi)雙絞線(xiàn)的比容為50pF/m。同樣,電纜的電阻是線(xiàn)路長(zhǎng)度乘以每條導(dǎo)線(xiàn)每米的等效電阻。1-Wire器件通�？梢酝ㄟ^(guò)其輸入電容（Cin）、固定放電電流（Idisc）、寄生電源電路（Di、Ri、Cload）及其在通信時(shí)的10μA工作電流（Iop）來(lái)模擬。每個(gè)1-Wire器件需要5μA的空閑電流來(lái)保持其接口與通信協(xié)議同步,當(dāng)1-Wire端口晶體管導(dǎo)通時(shí),其標(biāo)稱(chēng)阻抗低于100Ω。而當(dāng)總線(xiàn)被置為0.4V的邏輯低電平時(shí)通�？晌�4mA的電流。 電纜是連接主要和1-Wire從機(jī)器件的媒介,其物理屬性在很大程序上直接影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量,對(duì)于30米之內(nèi)的短距離電纜,阻抗特性的負(fù)面影響可能還不太明顯,因此是否選擇有源上拉的1-Wire網(wǎng)絡(luò)并不重要。即使是扁平的標(biāo)準(zhǔn)電話(huà)線(xiàn)電纜也可用于1-Wire器件數(shù)量有限的網(wǎng)絡(luò)連接。但是1-Wire網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)越長(zhǎng),電纜的影響就越明顯,電纜的選擇也就變得更加重要。 任何電纜都會(huì)表現(xiàn)出傳輸線(xiàn)效應(yīng),實(shí)際電纜的電阻、電容和電感參數(shù)有所不同,這些參數(shù)由電纜的幾何形狀、電纜尺寸、導(dǎo)線(xiàn)的間距及其絕緣層決定,同時(shí)也確定了電纜的特性阻抗和能夠支持的信號(hào)帶寬以及傳輸速度,特別是電纜阻抗降低了邏輯“0”電平的噪聲裕量。盡管對(duì)于總的電纜長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)100Ω的特性阻抗是可以接受的,但參數(shù)范圍在30pF/m～100pF/m的電纜電容會(huì)增加MicroLAN驅(qū)動(dòng)器的容性負(fù)載,這不僅增大了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)（t）,同時(shí)在主機(jī)晶體管導(dǎo)通或總線(xiàn)放電時(shí)也增大了電纜上的尖峰電流。
如果晶體管在電容中的儲(chǔ)存電荷安全放電之前切換,電纜中的殘余將導(dǎo)致電纜上出現(xiàn)瞬間的電壓尖峰信號(hào),該電壓尖峰信號(hào),將會(huì)干擾正常的通信。當(dāng)總線(xiàn)下拉晶體管和有源上拉關(guān)閉時(shí),電纜中殘余電流的影響曲線(xiàn)如圖1所示。應(yīng)當(dāng)注意在每種情況下所生成的尖峰信號(hào)都是反向的。 在電纜的遠(yuǎn)端,當(dāng)下拉晶體管關(guān)閉時(shí),由于其感應(yīng)電壓的尖峰信號(hào)為負(fù)極性,因此最靠近電纜終端的1-Wire器件將得反向偏置而使二極管反偏,從而使該1-Wire器件不能應(yīng)答主機(jī)。這種感應(yīng)電壓主要是由差分電感產(chǎn)生的,將兩條導(dǎo)線(xiàn)的終端短接、可從電纜輸入端測(cè)得這個(gè)差分電感。雖然這種差分電感遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單根導(dǎo)線(xiàn)的電感（理想情況下可忽略）。但是隨著兩個(gè)導(dǎo)體之間距離的增加,還是建議使用密度較大的雙絞線(xiàn)電纜。因此在兩根導(dǎo)線(xiàn)中互為反向流動(dòng)的電流可相互抵消從而抑制干擾信號(hào)的影響,同時(shí),雙絞線(xiàn)還有助于減少附近干擾源耦合信號(hào)。 隨著寄生電感的增加,（Lxdi/dt）將產(chǎn)生導(dǎo)致位錯(cuò)誤的電壓漂移,并至少在電纜終端的第一個(gè)1-Wire器件產(chǎn)生反向偏置。這些電壓尖峰信號(hào)是主機(jī)晶體管在電纜電容沒(méi)有完全放電之間關(guān)閉時(shí)由駐留在數(shù)據(jù)和返回線(xiàn)路中的殘余電流產(chǎn)生的。當(dāng)然,解決方案是將下拉晶體管保持為打開(kāi)狀態(tài),直到總線(xiàn)完全放電為止。最好在總線(xiàn)的遠(yuǎn)端配置肖特基三極管來(lái)避免電感生成過(guò)高的電壓,可使用二極管跨接電纜,并使陰極接數(shù)據(jù)線(xiàn)、陽(yáng)極接返回線(xiàn),這樣,每一節(jié)點(diǎn)只需一個(gè)二極管。 另一個(gè)問(wèn)題是所推薦的非屏蔽5類(lèi)雙絞線(xiàn)有兩對(duì)或多對(duì)電纜。當(dāng)每對(duì)導(dǎo)線(xiàn)之間的電容約為50pF/m時(shí),不同雙絞線(xiàn)對(duì)之間的電容接近30pF/m。把不用的導(dǎo)線(xiàn)接地將會(huì)給1-Wire增加30pF/m的電容負(fù)載。因此,屏蔽不用導(dǎo)線(xiàn)可將電纜兩端保持為開(kāi)路狀態(tài)。另外,要避免在同一捆電纜上同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)1-Wire網(wǎng)絡(luò),以避免電容負(fù)載按照數(shù)據(jù)模式不斷變化而導(dǎo)致通信穩(wěn)定。 2 利用MicroLAN耦合器擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重或網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大時(shí),可將總線(xiàn)分段。這樣做的優(yōu)點(diǎn)可提供有關(guān)1-Wire器件在總線(xiàn)上物理位置的有關(guān)信息。設(shè)計(jì)時(shí),可以使用一段網(wǎng)絡(luò)作為“主干”,其余為網(wǎng)絡(luò)分支,并根據(jù)需要用DS2409添加或去除（分支）。同時(shí)可以利用MicroLAN耦合器來(lái)作為節(jié)點(diǎn)控制,以在分支上添加或去除其它網(wǎng)絡(luò)。該方案中,主機(jī)通過(guò)激活DS2409來(lái)控制主干和分支與總線(xiàn)的連接,從而降低了總線(xiàn)電容和空閑電流負(fù)載。但是,本文前面所述的總電容負(fù)載、空閑電流和電纜長(zhǎng)度的限制仍然適用。也就是說(shuō),對(duì)于主干和LAN上激活的分支,電容負(fù)載也必須足夠低,以保證總線(xiàn)上拉在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將總線(xiàn)提升到邏輯“1”的閾值之上,同時(shí)應(yīng)1-Wire器件的總空閑電流不得將電源電壓降低到2.8V以下。 DS2409 MicroLAN耦合器是創(chuàng)建復(fù)雜MicroLAN的關(guān)鍵元件,它包括主、輔發(fā)送器驅(qū)動(dòng)輸出和漏極開(kāi)路控制輸出晶體管,其中每個(gè)輸出都可由總線(xiàn)主機(jī)通過(guò)1-Wire網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。主、輔輸出支持“智能啟動(dòng)”命令,該命令在連接到1-Wire總線(xiàn)之前可在選定的輸出上生成一個(gè)復(fù)位/在線(xiàn)序列,以允許相應(yīng)的ROM命令只作用于被激活的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。DS2409需要一個(gè)5V電源,否則它將短路1-Wire總線(xiàn)和中斷分支的通信。由于DS2409未包含用戶(hù)內(nèi)存,因此,輔助輸出可通過(guò)連接一個(gè)1-Wire內(nèi)存芯片以存儲(chǔ)所需數(shù)據(jù),進(jìn)而標(biāo)記節(jié)點(diǎn)位置。連接帶有EEPROM的簡(jiǎn)單MicroLAN分支如圖2所示。圖中,DS2430 EEPROM連接到DS2409的輔輸出端,以便為特定節(jié)點(diǎn)提供專(zhuān)用信息（如位置、功能等）。連接到CONT輸出的LED可由于提供正在尋址的特定分支的視覺(jué)指示,并可以借助軟件設(shè)置提供特殊視覺(jué)效果。在圖2中所示的分支上安裝了一個(gè)DS1820數(shù)字溫度計(jì),當(dāng)然也可以根據(jù)需要掛接多個(gè)1-Wire器件。 3 MicroLAN的保護(hù)措施 3.1 保護(hù)電路 在多數(shù)與1-Wire網(wǎng)絡(luò)兼容的器件都帶有能夠承受±10kV人體模型ESD沖擊的保護(hù)電路。但是,當(dāng)計(jì)算機(jī)連接到1-Wire網(wǎng)絡(luò)時(shí),最好提供額外的保護(hù)措施以避免系統(tǒng)受ESD和EMI（電磁干擾）的沖擊而損壞�？梢岳枚䴓O管來(lái)旁路負(fù)路負(fù)的尖峰信號(hào)或吸收高于5V電源的正向電壓。當(dāng)選擇保護(hù)二極管或浪涌吸收電路時(shí),需選擇具有最小結(jié)電容和快速切換時(shí)間的元件,ERA82肖特基二極管或通用的1N5817都是不錯(cuò)的選擇,也可采用SOT-23封裝的肖特基二極管（如BAT54x系列產(chǎn)品等）。 如果1-Wire EPROM器件無(wú)法使用RS-232至1-Wire接口適配器連接,可利用DS9502 ESD保護(hù)二極管來(lái)提供保護(hù)。其工作原理如同7.5V齊納二極管。但是,如果電壓超過(guò)其9V觸發(fā)電壓,則將會(huì)被嵌至5.5V。如果ESD超出其額定值,可用DS9502來(lái)提供旁路,以避免損壞被保護(hù)電路,DS9502采用6引腳TSOC封裝。 3.2 DS2408 1-Wire線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 為簡(jiǎn)化1-Wire網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),Dallas開(kāi)發(fā)了DS2480串行1-Wire驅(qū)動(dòng)器。此IC可直接連接到UART和5V RS-232系統(tǒng),選用DS2480可利用適配器直接連接到標(biāo)準(zhǔn)COM端口,并可提供1-Wire輸出。此IC包含可編程下拉擺率控制和有源上拉。其它特性還包括支持9.6kbps(默認(rèn))、19.2kbps、57.6kbps和115.kbps的數(shù)據(jù)速度和可編程1-Wire時(shí)序。DS2480也可充當(dāng)DS9097U,即連接DB9與RJ11 COM端口的適配器。 4 結(jié)論 采用相關(guān)技術(shù)（如使用5類(lèi)雙絞線(xiàn)、擺率控制、有源上拉等）能夠在總線(xiàn)上掛接500個(gè)以上的各類(lèi)1-Wire器件,并可在電纜長(zhǎng)度達(dá)300米時(shí)進(jìn)行可靠通信。而如果不采用擺率控制和有源上拉技術(shù),則只能保證在總線(xiàn)上最多掛節(jié)150個(gè)1-Wire器件、并保證在電纜長(zhǎng)度為100米時(shí)通信正常。有關(guān)遠(yuǎn)距離通信或重載MicroLAN的相關(guān)建議如下： （1）電纜可選擇雙絞電話(huà)線(xiàn)或5類(lèi)雙絞線(xiàn) （2）可使用肖特基二極管跨接電纜末端,以旁路負(fù)的尖峰信號(hào)或吸收高于5V電源的正向電壓。 （3）使用分級(jí)結(jié)構(gòu),可利用DS2409 MicroLAN耦合器將網(wǎng)絡(luò)分隔成多個(gè)分支,以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。 （4）使用基于DS2480的COM端口適配器,可以將DB9連接至RJ11適配器的DS9097U-S09,或?qū)B9接至DS9098插座適配器的DS1411。 （5）控制擺率,可以將下拉時(shí)的數(shù)據(jù)線(xiàn)擺率限制在1.1μs左右。 （6）使用有源上拉來(lái)替換無(wú)源上拉,以將擺率限制在1.1/μs左右。 |
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