单线串行总线承载隔离电源和数据

接口电路使用达拉斯半导体1-Wire串行总线在主机（MCU）和传感元件之间提供隔离电源和双向通信。

医疗和工业应用通常需要 2500VAC 或更高的电气隔离，以确保患者和设备操作员的安全。隔离栅不仅向传感元件传输电源，还向该元件传输数据或从该元件传输数据。每个跨越屏障的数据信号都需要隔离，因此在这些应用中，通常通过选择串行总线而不是并行总线来节省成本。串行总线包括 SPI、I2C和达拉斯1-Wire总线。

达拉斯半导体1-Wire仅需一条数据线（加地）即可实现双向通信。由于光隔离器是单向器件，典型的1-Wire应用需要两个光电器件，数据流的每个方向一个。（SPI和我2C 应用程序至少需要三个光学器件。1-Wire总线还可以在其“寄生电源模式”下传输电力。隔离式转换器为传感元件供电。因此，大多数1-Wire设计需要两个光电器件作为数据接口，一个光电器件用于隔离电源的反馈，一个变压器用于隔离电源。

图1所示电路采用隔离式变压器驱动器（U1）和单个光耦合器实现，最大限度地减少了隔离所需的元件数量，同时保持了双线尾纤设计（数据加接地至1-Wire检测元件）。U1提供隔离和伪稳压电源，同时使主机能够通过隔离接口将数据传输到1-Wire器件。在接收数据路径中定位单路光电允许主机接收来自1-Wire器件的隔离数据。

图1.该接口电路采用达拉斯半导体1-Wire串行总线，在主器件（MCU）和传感元件之间提供隔离电源和双向通信。

请注意以下杂项观察结果：

U1 和变压器 T1 在 V 下产生约 4.0V 的电压伊索尔节点（原理图的右上角）。

D1和D2为次级变压器实现半桥整流器。

FS 和 V 之间的连接抄送在 U1 上，使该设备以标称 860kHz 切换。

电容C2滤除输出，并在正循环之间保持输出电平。

R1 用于对电容器 C2 放电。

DQ节点上的电压电平满足DS18B20数据资料中规定的直流要求。但是，该电路的功能未通过DS18B20或任何其他1-Wire器件进行测试。

主微控制器（MCU）通过调节U1的SD引脚的开启和关闭，将数据传输到1-Wire器件。当数据传输时，U1通常导通并为1-Wire器件供电，因此1-Wire器件的逻辑电平为高电平。此时VISOL节点约为4.0V。

为了启动通信，MCU 通过强制 SD 为高电平、关闭 U1 来置位复位脉冲。U1关断时，VISOL处的电压降至1-Wire器件的逻辑低电平。您应该选择 R1、R2、R3 和 C2，以使 VISOL 在不到约 5μs 的时间内降至逻辑低阈值 （0.8V） 以下。 （请注意，使用 R1 = R2 = 1.00k、R3 = 2.00k 和 C2 = 4.7nF 为测试提供了一个起点，但最终值取决于所选的光电。当U1处于活动状态时，这四个值不得使VISOL降至1-Wire器件的2.4V逻辑高门限以下。

为了使MCU从1-Wire器件接收数据，光电（U3）由VISOL电平或1-Wire器件（DQ）的数据引脚调制。当 U1 亮起时，U3 中的 LED 亮起，从而强制 Rx 变低。当1-Wire器件将DQ拉低时，LED熄灭，Rx变为高电平。当 U1 关闭时，Rx 也会变高，从而导致 VISOL 掉落并关闭 LED。（MCU的Tx和Rx逻辑与1-Wire器件的Tx和Rx逻辑相反。

因此，单个光电器件、变压器和达拉斯半导体1-Wire串行链路在MCU和精密1-Wire温度计之间形成隔离的传感器接口。通过将布线和元件成本降至最低，该电路支持大批量医疗和工业应用。

审核编辑：郭婷