1-Wire扩展网络标准

引言

1-Wire总线是一种简单的信令协议，可通过单根电气连接进行双向通信。在1-Wire系统中，单个主机与一个或多个从器件通过一条公共数据线实现互联。Dallas Semiconductor公司于1989年制定了1-Wire标准，减少了便携数据传输模块间的连接。iButton® (16mm电池形状的模块)随之应运而生，目前全球销售量超过1.3亿。

1-Wire架构也适用于其它应用，如芯片标签和远距离传感器。然而，早期的1-Wire前端没有考虑到这些新型应用的噪声水平与线路特性(如线长)。若要满足这些新型应用的要求，经常需要考虑在实际应用中如何配置1-Wire网络。因此，为了满足这一系列应用的要求，Dallas开发了1-Wire扩展网络标准的新型1-Wire前端，并将其植入一些新产品中。表1列出了1-Wire器件清单，并给出了新型扩展标准支持的器件。

新型扩展标准的重要特性

各种噪声源所产生的噪声将导致1-Wire线路上出现信号毛刺。这些噪声可能来自网络端点或分支点的反射。噪声也可能由外部源产生，并耦合到1-Wire信号上。上升沿的噪声毛刺会导致1-Wire器件与主机失去同步。改进后的扩展网络前端可以解决上升沿存在的这一问题。

新型1-Wire前端主要包括三个部分：用于滤除高频噪声的低通滤波器、低电平切换至高电平时的电压滞回电路，以及上升沿延时电路。某些1-Wire器件还具有在线应答脉冲摆率控制电路。图1给出了这一系列特性的示意图。粉红色阴影部分表示1-Wire电压由低电平至高电平转换期间，器件忽略电压幅值的毛刺和瞬时毛刺。

图1. 新型1-Wire前端的特性

表1. 1-Wire器件

Device

FC

Description

1-Wire Extended Network Support

DS1425

02

Multikey iButton, 1152-bit secure memory

DS1427

04

4k NV RAM memory and clock, timer, alarms

DS1820

10

Temperature and alarm trips

DS1822

22

1-Wire Econo temp sensor

DS1825

3B

1-Wire thermometer with 4-bit address

DS18B20

28

Adjustable resolution temperature

DS18S20

10

Temperature and alarm trips

DS1982

09

1k EPROM memory

DS1985

0B

16k EPROM memory

DS1986

0F

64k EPROM memory

DS1904

24

Real-Time Clock (RTC) iButton

DS1920

10

Temperature and alarm trips

DS1921G
DS1921H
DS1921Z

21

Thermochron temperature logger

DS1922L
DS1922T
DS1923

41

High-Capacity Thermochron and/or Hygrochron. temperature and/or humidity dataloggers, respectively

DS1961S

33

1k EEPROM memory with SHA-1 engine

DS1963L

1A

4k NV RAM memory with write cycle counters

DS1963S

18

4K NVRAM memory and SHA-1 engine

DS1971

14

256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register

DS1972

2D

1k EEPROM memory

DS1973

23

4k EEPROM memory

DS1977

37

Password-protected 32kB (bytes) EEPROM

DS1990A
DS1990R

01

1-Wire address only

DS1991

02

Multikey iButton, 1152-bit secure memory

DS1992

08

1k NV RAM memory

DS1993

06

4k NV RAM memory

DS1994

04

4k NV RAM memory and clock, timer, alarms

DS1995

0A

16k NV RAM memory

DS1996

0C

64k NV RAM memory

DS2401

01

1-Wire address only

DS2405

05

Single switch

DS2404

04

4k NV RAM memory and clock, timer, alarms

DS2406
DS2407

12

1k EPROM memory, 2-channel addressable switch

DS2408

29

8-channel addressable switch

DS2409

1F

Dual switch, coupler

DS2411

01

Low-voltage, unique 64-bit serial ROM number (requires V_DD connection)

DS2413

3A

Dual-channel addressable switch

DS2415

24

RTC

DS2417

27

RTC with interrupt

DS2422

41

High-capacity Thermochron/Hygrochron (temperature and humidity) datalogger

DS2423

1D

4k NV RAM memory with external counters

DS2430A

14

256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register

DS2431

2D

1024-bit EEPROM memory

DS2432

33

1k EEPROM memory with SHA-1 engine

DS2433

23

4k EEPROM memory

DS2436

1B

1-Wire battery ID with temperature and voltage monitor

DS2438

26

Temperature, ADC

DS2450

20

Quad ADC

DS2502

09

1k EPROM memory

DS2505

0B

16k EPROM memory

DS2506

0F

64k EPROM memory

DS2720

31

1-Wire single-cell Lithium recharger with protection

DS2740

36

1-Wire coulomb counter (high precision)

DS2751

51

1-Wire fuel gauge for 1-cell Li+ or 3-cell NiMH

DS2760

30

Temperature, current, ADC

DS2761

2B

1-Wire Li+ monitor

DS2762

30

1-Wire battery monitor and protector

DS2770

2E

1-Wire battery monitor and charge controller

DS2780

32

Stand-alone 1-Wire fuel gauge

DS2890

2C

Single-channel digital potentiometer

DS28E04-100

1C

4096-bit EEPROM memory, two-channel addressable switch

注意：新的1-Wire器件将及时添加到产品线上。列表中可能没有列出最新的器件。请参考器件数据资料中的“改善的网络性能”(Improved Network Behavior)部分，确认此器件是否带有新型扩展网络前端。

扩展网络标准的新特性仅适用于标准速率通信，在高速模式下无效。1-Wire前端的新增特性将影响1-Wire时序参数。这里要特别指出，新标准引入了一个EC参数t_REH，表示上升沿延时。这一延时特性延长了主机产生的读位的低电平时间t_RL。参见表2。

通过长线实现与1-Wire器件通信的实际经验表明，位操作之间需具有足够的恢复时间。因此，所有扩展网络器件都具有较长的恢复时间t_REC。所有器件(标准的和扩展网络的)的恢复时间都是针对1-Wire总线上只有一个器件的条件定义的。总线上挂接有多个器件时，如何确定扩展网络的恢复时间请参见应用笔记3829，确定多从机1-Wire网络的恢复时间。

内置在线应答脉冲摆率控制的器件还具有一个参数t_FPD，表示在线应答检测下降沿时间。虽然控制摆率可以减小长线传输所产生的反射，但对于主机检测在线应答脉冲的窗口也将产生非常大的影响。1-Wire主机的阻抗匹配无需采用摆率延时，即能有效地控制这些反射。因此，以后推出的器件将不再采用在线应答脉冲摆率控制。

表2. EC表参数的区别

Parameter

Speed

Min/Max

Standard

Extended Network

t_REC

Standard

Min

1

5

Overdrive

Min

1

2

t_REC (before reset)

Overdrive

Min

1

5

t_REH

Standard

Min

—

0.5

Standard

Max

—

5

Overdrive

Min

—

0.5

Overdrive

Max

—

5

t_RL

Standard

Min

1

5

结论

1-Wire主机能同时兼容于标准器件和扩展网络器件。使用扩展网络器件时，只需简单的延长位操作间的恢复时间以及读位启动脉冲时间t_RL。采用较长的恢复时间将降低数据吞吐率，而改变读位启动脉冲时间则不会影响吞吐率。对于采用线应答脉冲摆率控制(t_FPD)的器件所组成的网络，应仔细选择在线应答脉冲的采样点。使用不同的器件和电压，可能要限制其采样范围。