1-Wire 双向电平转换器(1.8V至5V)参考设计
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。
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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VCC 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 VL和I/O VCC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：
- VL = 1.8V
- VCC = 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VIL的0.4V最大电压。
图3. 1-Wire写操作波形，写“1”时隙，tLOW1 < 15µs。
图4. 1-Wire写操作波形，写“0”时隙，60µs < tLOW0 < 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VIL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。