Интерфейс 1-Wire, электрические параметры.

Паразитное питание.

Обычно в цифровых системах переменные величины напряжения относятся к цифровым сигналам, которые таким способом представляют высокие и низкие уровни семейства логики. ВременнЫе диаграммы 1-Wire отличаются от этой хорошо известной схемы из-за паразитного питания систем iButton, которые поддерживают ROM и высокотехнологичную логику большей части устройств. DS1991 использует не паразитное питание, а внутренний источник энергии, который обеспечивает работу защищённой памяти. DS1990A, DS198x и DS1920 разработаны только для использования паразитного питания. Логика ROM устройств от DS1992 до DS1996 питается либо от внутреннего литиевого источника напряжения 3 B, либо от напряжения на линии 1-Wire, в зависимости от того, какое из них больше. Эта возможность позволяет получить доступ к записанной лазером ROM-секции, даже если внутренний литиевый элемент истощился после истечения 10 лет или более.

Системы с паразитным питанием нуждаются в конденсаторе для сохранения энергии и диоды для предотвращения нежелательного разряда от линии данных (когда на ней появляются низкие логические уровни). Здесь применяется точно такая же схема, как у однополупериодного выпрямителя. После того, как конденсатор зарядится до нормального рабочего уровня, на нём будут кое-какие незначительные провалы и возрастания напряжения из-за импульсов перезаряда, возникающих при изменении сигнала на линии данных 1-Wire. Ёмкость энергосберегающего конденсатора iButton равна примерно 800 пФ. Эта ёмкость видна короткое время, когда iButton подсоединяется к считывающему устройству. После того, как конденсатор зарядился, на шине данных будет видна только малая часть от ёмкости конденсатора, соответствующая требуемой полной подзарядке конденсатора. Полная постоянная времени для зарядки конденсатора определяется самим конденсатором, внутренним сопротивлением около 1 кОм, сопротивлением кабеля и контактов, ёмкостью кабеля и внешним нагрузочным резистором. Добавочное падение напряжения на диоде и минимальное внутреннее рабочее напряжение кристалла дают минимально возможное напряжение на линии данных 1-Wire. В таблице 3-1 более подробно даны параметры, справедливые для всех видов iButton. Минимально возможное напряжение питания линии важно для выбора времени восстановления tREC времени высокого уровня reset tRSTH.

Табл.: Общие электрические параметры iButton.

Из-за применяемой в устройствах Add-Only технологии EEPROM, эти iButton требуют для программирования импульсов определённой длительности, напряжения и тока. Например, для DS1982 применяют импульс длительностью минимум 500 мкс, номинальное напряжение 11.5 В с пиковым максимальным током 10 мА. Для предотвращения повреждений других iButton, во время программирования к сети MicroLAN должны быть подключены только DS198x. Температурный iButton DS1920 требует усиленного питания 5 В от сети MicroLAN во время измерения температуры и записи внутренних ячеек памяти. Это не критично для работы других устройств на шине, поскольку iButton не будут начинать самостоятельно любой обмен данными. Не могут также в этой ситуации происходить прерывания от DS1994, поскольку их работа автоматически запрещается (см. Книгу Стандартов iButton фирмы Dallas Semiconductor, часть 6).

Нагрузочный резистор.

Рекомендуемый номинал нагрузочного резистора для линии 1-Wire составляет 5 кОм. Эта величина была выбрана для обеспечения работы с контактами высокого сопротивления и для обеспечения хороших логических уровней на обоих концах короткого соединительного кабеля. Обычно считывающий узел master воспринимает напряжения до 0.8 В как логический 0. Поскольку на линию между master и iButton оказывает влияние постоянная времени шины 1-Wire, иногда может потребоваться использовать нагрузочный резистор с номиналом меньшим, чем 5 кОм.

Оптимизация при повышении длины соединительного кабеля.

Идеальным соединением между iButton и мастер является короткий кабель с малой паразитной ёмкостью. В случае применения длинных кабелей появляется гораздо больше забот для обеспечения необходимых требований по постоянному и, в особенности, по переменному току. Появляются критические моменты для времени восстановления tREC и для чтения или записи бита 1. Время восстановления становится критичным, если для обмена данными необходимы два следующих друг за другом тайм-слота записи нуля. Если передача данных идёт на максимально возможной скорости, должен быть сформирован импульс tREC лог. уровня 1 с минимальной длительностью 1 мкс между двумя тайм-слотами записи нуля с длительностью 60 мкс. Возможность распространения такого короткого импульса по длинному кабелю значительно ухудшается пропорционально длине кабеля. Случается так, что короткий импульс полностью отфильтровывается и связь с iButton на дальнем конце кабеля становится невозможным. Можно легко увеличить расстояние передачи, просто увеличив величину tREC. Например, если tREC увеличить с 1 мкс до 15 мкс, максимальная скорость передачи данных упадёт с 16.3 Кбит/с до 13.3 Кбит/с, однако импульс tREC длительностью 15 мкс позволяет значительно повысить надёжность передачи на длинном кабеле. Запись бита 1 можно также улучшить путём уменьшения длительности tLOW1 тайм-слота записи 1, однако при этом не превышая нижнюю минимальную величину. Это также улучшает вероятность верного чтения 1 на длинном кабеле. Кроме того, на длинном кабеле нужно уменьшить номинал нагрузочного резистора линии.

Тесты показывают, что нагрузочный резистор номиналом 1 кОм позволяет работать с кабелем максимально возможной длины. Если применить резистор номиналом менее 1 кОм, то ухудшается качество логических уровней, и в сочетании с большой ёмкостью кабеля не получается достичь правильной формы сигналов. Маленький резистор повышает зависимость работы системы от качества контактов (зависимость от сопротивления контакта). Для увеличения длины кабеля рекомендуется использовать кабели с малой погонной ёмкостью – около 15 пФ/м.

Тесты также показывают, что витая пара проводов работает лучше, чем просто два параллельные провода. Простой нагрузочный резистор на стороне master показал лучшие результаты, чем усиленная активная импульсная нагрузка, поскольку резистор больше подходит к сопротивлению линии. В порядке улучшения работы можно применить на стороне master выходной ключ (драйвер) с улучшенными характеристиками включения. В особых случаях может потребоваться использовать компаратор на приёмном входе master для оптимизации порогов чтения лог. 0 и лог. 1 на длинных линиях.

Например, корректная работа iButton была достигнута на линии до 300 м с использованием простого витого телефонного кабеля. Нагрузочный резистор был уменьшен до 1 кОм; 30 экземпляров iButton были подключены параллельно в конце кабеля. Шина 1-Wire управлялась выводом порта 0 микроконтроллера DS5000 (совместимый с Intel 8051). Адаптеры для COM-порта PC работают на расстояниях до 200 м на большинстве PC (см. указания по применению №74 “Чтение и запись iButton через последовательный интерфейс”). Более подробную информацию можно получить из указаний по применению №55 “Расширение зоны контактирования устройств iButton” и №108 “MicroLAN – длинные дистанции”.