設(shè)計(jì)1-Wire網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常需要考慮的一個(gè)問(wèn)題就是確定適當(dāng)?shù)幕謴?fù)時(shí)間，以確保為寄生供電的1-Wire從器件提供足夠的電能。本文分析了確定對(duì)供電有嚴(yán)格要求事件所需的1-Wire協(xié)議，并提供了不同1-Wire從機(jī)數(shù)、不同工作電壓以及溫度條件下的恢復(fù)時(shí)間計(jì)算方法。

引言
本應(yīng)用筆記適用于典型的1-Wire網(wǎng)絡(luò)，該1-Wire網(wǎng)絡(luò)由帶上拉電阻的1-Wire驅(qū)動(dòng)器(主控制器)和1個(gè)或多個(gè)1-Wire從機(jī)器件組成，如圖1所示。大多數(shù)1-Wire器件都是寄生供電，這就意味著1-Wire總線同時(shí)作為電源線和雙向數(shù)據(jù)線。1-Wire協(xié)議規(guī)定無(wú)通信時(shí)進(jìn)入空閑狀況，1-Wire從器件恰好能從總線獲取電源。限制1-Wire從器件可用電源數(shù)目的臨界參數(shù)是恢復(fù)時(shí)間tREC。產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料中規(guī)定了tREC的大小，并給出了只在單從機(jī)1-Wire網(wǎng)絡(luò)中有效的讀/寫(xiě)波形。

圖1. 1-Wire網(wǎng)絡(luò)典型框圖

圖2. 啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)序圖：復(fù)位和應(yīng)答脈沖

影響參數(shù)
在分析供電時(shí)的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，需考慮幾個(gè)主要參數(shù)和次要參數(shù)。這些參數(shù)如下：

主要參數(shù)

我們先從數(shù)據(jù)資料給出的條件開(kāi)始分析：一個(gè)帶2.2k上拉電阻器(上拉至2.8V)的驅(qū)動(dòng)器、壞情況下的溫度，總線上有單個(gè)1-Wire從機(jī)器件，以及可忽略的電纜電容。本文以1-Wire從機(jī)器件的個(gè)數(shù)為主要參數(shù)，并提供不同工作電壓、速率以及溫度下恢復(fù)時(shí)間的值。如果1-Wire驅(qū)動(dòng)器和從機(jī)之間的電纜非常重要，那么在計(jì)算中每15米長(zhǎng)的電纜就可等效成一個(gè)附加的從機(jī)器件。

這里得出的結(jié)果適合典型的1-Wire從機(jī)器件，可以實(shí)現(xiàn)ROM功能、通用寄存器讀功能以及SRAM寫(xiě)功能。寫(xiě)EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換以及SHA-1計(jì)算有特定的供電要求(如強(qiáng)上拉)，具體依器件而定，這不影響該計(jì)算方法的有效性。就ROM功能和存儲(chǔ)器讀操作而言，1-Wire EPROM器件也被視為典型器件；為了實(shí)現(xiàn)編程目的，只允許在網(wǎng)絡(luò)上掛接單個(gè)EPROM器件。

結(jié)果矩陣
用線性公式：tREC = a * N + b，計(jì)算恢復(fù)時(shí)間的大小。假設(shè)所有從機(jī)器件并聯(lián)在1-Wire線路和接地基準(zhǔn)之間，則N表示網(wǎng)絡(luò)中寄生供電的從機(jī)器件數(shù)。由VCC引腳供電的1-Wire從機(jī)器件不會(huì)明顯給1-Wire總線加載；它們應(yīng)計(jì)為器件的1/10。斜率'a'隨溫度、工作(上拉)電壓以及1-Wire速率變化而變化。本文中讓失調(diào)量'b'僅隨速率變化就足夠了。表1所列是含有斜率和失調(diào)量的公式。通過(guò)手動(dòng)曲線擬合產(chǎn)生數(shù)字值；則結(jié)果近似與基于科學(xué)模型通過(guò)迭代法得到的結(jié)果吻合。N = 1時(shí)，該結(jié)果矩陣不能產(chǎn)生與器件數(shù)據(jù)資料中一樣的數(shù)據(jù)。這一數(shù)值差異是曲線擬合的偏差，不應(yīng)被視為與規(guī)范要求沖突。

低工作電壓和低溫下的恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。如果應(yīng)用要求工作在極低的溫度下，則應(yīng)選用-40°C項(xiàng)。室溫環(huán)境下，可選用+25°C項(xiàng)，并且溫度更高時(shí)該項(xiàng)也適合，能保證安全工作。+85°C項(xiàng)則產(chǎn)生一個(gè)僅應(yīng)用在+85°C溫度下的結(jié)果；應(yīng)該作為一個(gè)基準(zhǔn)，不作為其他溫度的設(shè)計(jì)值。

高工作電壓下的恢復(fù)時(shí)間短。上拉電壓為4.5V或更高時(shí)應(yīng)選用4.5V項(xiàng)。2.8V項(xiàng)對(duì)應(yīng)的恢復(fù)時(shí)間也適用于更高的電壓，但不會(huì)降低數(shù)據(jù)速率。工作電壓Vx在2.8V和4.5V之間時(shí)，可通過(guò)線性插補(bǔ)獲得新斜率值：Slope@Vx = Slope@2.8V - (Vx - 2.8V)/1.7V * (Slope@2.8V - Slope@4.5V)。

實(shí)例
假定某應(yīng)用需要一個(gè)帶有10個(gè)1-Wire器件(N = 10)的網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)速率下tW0LMIN = 60μs，高速模式下為6μs。(這些數(shù)值來(lái)自于器件的數(shù)據(jù)資料，對(duì)于不同的器件類型，采用tW0LMIN的值。)假定該網(wǎng)絡(luò)工作在0°C至70°C溫度下。工作電壓未定。適合該溫度范圍的項(xiàng)為-5°C，因?yàn)樗堑陀诠ぷ鳒囟惹遗c之接近的數(shù)值。由于更高溫度下的斜率比-5°C時(shí)的斜率低，因此該結(jié)果對(duì)于高于-5°C的所有溫度是有效的。表2列出該實(shí)例的tREC以及具有恢復(fù)時(shí)間的數(shù)據(jù)速率。
在標(biāo)準(zhǔn)速率下，數(shù)據(jù)速率降至單從機(jī)網(wǎng)絡(luò)15.3kbps基準(zhǔn)的大約70%。在高速模式下，數(shù)據(jù)速率低于125kbps基準(zhǔn)的40%。如果表2中數(shù)據(jù)速率都適合應(yīng)用，則工作電壓的選擇不重要。然而，如果可提供大約5V的工作電壓，則具有較好的噪聲抑制性，應(yīng)將其做為。

表2. 實(shí)例計(jì)算結(jié)果(N = 10)

可采用的改進(jìn)方法
如果該表中的恢復(fù)時(shí)間不能達(dá)到要求，還可以采用下列幾種方法提高數(shù)據(jù)速率。
減小上拉電阻，例如，由2.2k降至1k。 較低的電阻可使1-Wire網(wǎng)絡(luò)再充電電流加倍，這樣可減小50%的恢復(fù)時(shí)間。采用這種方法時(shí)，在讀數(shù)據(jù)時(shí)隙拉低1-Wire總線時(shí)，確認(rèn)每個(gè)從機(jī)器件是否能處理所增加的電流VPUP/RPUP是非常重要的。
改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?不采用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而是采用2個(gè)或多個(gè)更小的網(wǎng)絡(luò)，或用DS2409 1-Wire耦合器將一些從機(jī)器件從網(wǎng)絡(luò)的有源部分?jǐn)嚅_(kāi)。
考慮采用有源1-Wire驅(qū)動(dòng)器
有源驅(qū)動(dòng)器采用晶體管臨時(shí)旁路上拉電阻。這樣允許1-Wire網(wǎng)絡(luò)以快的速率進(jìn)行再充電，從而降低必需的恢復(fù)時(shí)間。

有源1-Wire驅(qū)動(dòng)器
Dallas Semiconductor產(chǎn)品中包含三個(gè)有源1-Wire驅(qū)動(dòng)器：DS2480B、DS2490和 DS2482。
DS2480B和DS2490具有同樣的5V 1-Wire驅(qū)動(dòng)器，但是有不同的主機(jī)接口。兩款器件的恢復(fù)時(shí)間均終止于1-Wire總線電壓超過(guò)規(guī)定門限的時(shí)候。采用DS2480B，只要1-Wire有效(例如，寫(xiě)1字節(jié))，主機(jī)就能通過(guò)UART端接收一個(gè)應(yīng)答字節(jié)。采用USB兼容的DS2490，主機(jī)需要輪詢以檢測(cè)1-Wire有效性是否結(jié)束。

DS2482通過(guò)其I2C接口與主機(jī)通信。該器件的1-Wire側(cè)可工作在3.3V和5V電壓下。采用DS2482，當(dāng)1-Wire時(shí)隙結(jié)束時(shí)，恢復(fù)時(shí)間終止。如果有源上拉功能被激活，則在固定持續(xù)時(shí)間內(nèi)，可在1-Wire總線的上升沿提供額外的電量。DS2482比一個(gè)單純的阻性上拉強(qiáng)，但是不如DS2480B或DS2490。DS2482的8通道版本有助于將一個(gè)較大的應(yīng)用分離成幾個(gè)每線具有較少1-Wire器件的更小的網(wǎng)絡(luò)。采用DS2490時(shí)，DS2482的主機(jī)需要輪詢驅(qū)動(dòng)器芯片以檢測(cè)1-Wire有效性是否結(jié)束。

采用可作為智能1-Wire驅(qū)動(dòng)器的微控制器可以實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，特別是驅(qū)動(dòng)一個(gè)物理的大型1-Wire網(wǎng)絡(luò)。該電路及其必需軟件所應(yīng)考慮事項(xiàng)的詳細(xì)描述，請(qǐng)參見(jiàn)Dallas應(yīng)用筆記244。這種驅(qū)動(dòng)器工作在3.3V或5V電壓下，具體取決于微控制器特性。

結(jié)束語(yǔ)
計(jì)算多從機(jī)器件1-Wire應(yīng)用所需的恢復(fù)時(shí)間是一個(gè)非常簡(jiǎn)單和直觀的過(guò)程。對(duì)于1-Wire網(wǎng)絡(luò)，通常采用5V電壓是選擇。對(duì)于更多的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，采用帶上拉電阻的1-Wire驅(qū)動(dòng)器就足夠了。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)，則需要帶有源上拉的驅(qū)動(dòng)器。