1-Wire®双向电平转换器(1.8V至5V)参考设

1-Wire®双向电平转换器(1.8V至5V)参考设计

设计人员要求1-Wire主机IO采用漏极开路架构，工作在1.8V。而多数1-Wire从器件无法工作在1.8V。本应用笔记介绍了实现1.8V 1-Wire主机与5V 1-Wire从器件之间电平转换的参考设计(RD)。该参考设计用于驱动典型的1-Wire从器件，利用MAX3394E电平转换器实现电平转换。

引言

FPGA、微处理器、DS2482-100和DS2480B是常见的1-Wire主机器件。1-Wire/iButton®从器件由Maxim生产，该系列器件的典型工作电压为2.8V至5.25V。过去，传统的1-Wire主机和从器件均采用5V漏极开路逻辑。

现在，设计人员需要1-Wire主机IO提供1.8V的漏极开路逻辑。而大部分1-Wire从器件可以安全地工作在5V，它们中的绝大多数无法工作在1.8V。需要一个双向电平转换器克服这种限制。本参考设计(RD)采用Maxim®的MAX3394E双向电平转换器，用于解决这类应用中的问题。

电平转换器

MAX3394E双向电平转换器采用8引脚、3mm x 3mm TDFN封装。借助其内部摆率增强电路，可理想用于大电容负载驱动。1-Wire从器件电容负载通常大于500pF。MAX3394E的V_CC I/O引脚具有±15kV HBM (人体模式)静电保护，为1-Wire主机提供保护。1-Wire总线通常用于连接外部世界，HBM保护是基本需求。推荐在上拉电阻(R3)、可选择的强上拉电路以及1-Wire从器件处使用DS9503P以增强ESD保护。

应用电路

图1所示电路利用MAX3394E实现1.8V至5V双向电平转换，系统采用漏极开路端口。


图1. 1-Wire双向电平(1.8V至5V)转换器电路原理图，注意，引脚I/O V_L和I/O V_CC具有10kΩ内部上拉。

该参考设计的BOM (材料清单)如表1所示。

表1. 材料清单

Item	Quantity	Reference	Part	Manufacturer	Part Number
1	1	C1	1.0µF 0402	Panasonic	ECJ-0EB0J105M
2	2	C2, C3	0.1µF 0201	Panasonic	ECJ-ZEB0J104K
3	1	Q1	BSS84-7-F	Diodes, Inc/Zetex	BSS84-7-F
4	1	R1	33Ω 0201	Panasonic	ERJ-1GEJ330C
5	1	R2	10kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF1002X
6	1	R3	1kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF1001X
7	1	R4	2.2kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF2201X
8	2	CH1, CH2	TEST POINT	N/A	N/A
9	1	U1	MAX3394E	Maxim	MAX3394EETA+

波形测量/测试结果

图2至图5是对评估电路板进行测试得到的结果。

测试条件为：

• V_L = 1.8V
• V_CC = 5.0V
• CH1：1-Wire主机(OW_MASTER)
• CH2：DS1920 (OW_SLAVE)
• OW_SLAVE线长：2.4米，最大值。
• 测试时没有使用图1中可选择的强上拉电路。
• 仅在室温下测量。

图2. 从1-Wire复位波形可以看出MAX3394E的性能，在线应答脉冲幅度不超过250mV，低于典型1-Wire主机V_IL的0.4V最大电压。


图3. 1-Wire写操作波形，写“1”时隙，t_LOW1 < 15µs。


图4. 1-Wire写操作波形，写“0”时隙，60µs < t_LOW0 < 120µs。


图5. 1-Wire读操作波形，1-Wire从机漏极开路端口返回的读“0”时隙，电平低于典型1-Wire主机V_IL的0.4V最大值。

结论

该参考设计用于实现1.8V至5V 1-Wire双向电平转换，驱动典型的1-Wire从器件。本文介绍了设计电路的搭建与测试，给出了电路原理图、BOM及典型测试波形。