DS2409設(shè)計用于訪問控制探測點（即讀卡器），并降低大型1-Wire?網(wǎng)絡(luò)中的總線負載。該器件還用于實現(xiàn)雙主站網(wǎng)絡(luò)。目前，Maxim正在逐步淘汰DS2409，并鼓勵所有客戶規(guī)劃替代方案。本應(yīng)用筆記給出了支持和工作目前使用DS2409的1-Wire網(wǎng)絡(luò)的替代方法。此處介紹的設(shè)計仿真不需要完全重新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)。

介紹

DS2409 MicroLAN耦合器具有獨特的功能集，可用于多種專業(yè)應(yīng)用。本應(yīng)用筆記首先列出了DS2409的特性和應(yīng)用，然后列出了可用于實現(xiàn)類似功能的替代電路。隨后，將更詳細地討論替代電路。

DS2409 說明

DS2409是一種特殊類型的2端口可尋址開關(guān)。該器件無需將可編程輸入/輸出（PIO）切換至高電平或低電平，而是使用傳輸柵極將其輸出端口連接到輸入的1-Wire線路。在任何給定時間，激活的1-Wire輸出不得超過一個。除1-Wire輸出外，DS2409還具有控制輸出，可與主輸出（默認）、輔助輸出連接或獨立工作。此配置通過狀態(tài)控制字節(jié)進行控制（參見數(shù)據(jù)手冊）。狀態(tài)信息字節(jié)（參見數(shù)據(jù)手冊）允許主機驗證器件配置，并檢查每個1-Wire輸出的狀態(tài)（活動或非活動）、邏輯狀態(tài)（高電平或低電平）和事件標志（設(shè)置/清除）。表 1 總結(jié)了這些功能和其他功能，并解釋了它們的優(yōu)點。

DS2409需要5V VDD為操作提供。上電時，兩個1-Wire輸出均處于非活動狀態(tài)，并被拉至VDD通過內(nèi)部電阻器。電源斷開短路會導(dǎo)致器件執(zhí)行上電復(fù)位。與 VDD電源可用時，輸入1-Wire線路的短時中斷導(dǎo)致DS2409執(zhí)行軟上電復(fù)位。當主機重新連接時，配置復(fù)位至上電默認狀態(tài)，1-Wire輸出處于非活動狀態(tài);事件標志的狀態(tài)未定義。

表1中的功能針對三個主要應(yīng)用：智能探測點、多層網(wǎng)絡(luò)和雙主站網(wǎng)絡(luò)（見Table 2）。

表 2.功能與應(yīng)用程序矩陣
功能名稱	應(yīng)用
	智能探測點	多層網(wǎng)絡(luò)	雙主站網(wǎng)絡(luò)
不超過一個輸出處于活動狀態(tài)	—		—
控制輸出		—	（手動模式）
事件檢測		—
條件搜索		—	—
輸出激活前復(fù)位脈沖	—		—
短路檢測			—

智能探測點

圖 1 顯示了使用 iButton? 設(shè)備作為電子鑰匙的門禁系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。R1/C1組合應(yīng)包含在1-Wire適配器附近。需要R1來確保DS2409在1-Wire總線中斷時執(zhí)行軟上電復(fù)位。C1可防止DS2409在V電壓下阻礙1-Wire總線DD儲運損耗。

圖1.具有智能探測點的訪問控制拓撲。

探頭點（例如DS9092 iButton探頭）位于DS2409主輸出分支的二級網(wǎng)絡(luò)上，而不是主1-Wire總線。連接到輔助輸出的是ID芯片，例如，使用分支名稱編程的1-Wire EEPROM。在正常操作期間，所有分支都處于非活動狀態(tài)（與主總線斷開連接），而主機執(zhí)行條件搜索以檢測事件。到達其中一個探測點的i按鈕設(shè)置控制分支的DS2409的事件標志。在下一個掃描周期中，主機定位DS2409并激活輔助輸出以讀取分支名稱。接下來，主機訪問相同的DS2409并激活主輸出，與剛剛到達的i按鈕通信。當主輸出處于活動狀態(tài)時，LED 亮起，向用戶確認檢測到到達?？刂戚敵隹梢越泳€以在軟件控制下解鎖門，而不是點亮 LED。由于Smart-On命令的短路檢測，DS2409可防止探頭短路時網(wǎng)絡(luò)故障。

多層網(wǎng)絡(luò)

對于任何網(wǎng)絡(luò)，重要的是在主站必須驅(qū)動的負載與服務(wù)的節(jié)點（或短臂或從站）數(shù)量之間找到最佳平衡。實現(xiàn)此目的的一種方法是多層拓撲（圖 2）。該圖顯示了四個層，從始終處于活動狀態(tài)的主干（第 0 層）開始。每個后續(xù)層都由切換的分支（第 1 層到第 3 層）組成。R1/C1組合應(yīng)包含在1-Wire主機附近。如果建立了一條穿過DS2409器件的路徑，并且1-Wire主干線和主機之間的連接中斷，R1確保在主機重新連接時自動關(guān)閉路徑。C1可防止DS2409在V電壓下阻礙1-Wire總線DD儲運損耗。

為了有效地控制這樣的網(wǎng)絡(luò)，主機應(yīng)該以每層每個分支上所有DS2409從站的ROM ID號的形式知道網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。要打開第 3 層上從站的路徑，如綠松石箭頭所示，主站必須發(fā)出以下命令序列：

將 ROM 與中繼上的 U1 匹配。

激活主輸出（這將打開第 1 層上兩個從站的路徑）。

在第 1 層上匹配 U3 的 ROM。

激活主輸出（這將打開第 2 層上兩個從站的路徑）。

在第 2 層上匹配 U4 的 ROM。

激活輔助輸出（這將打開連接到此輸出的第 3 層從站的路徑）。

圖2.多層網(wǎng)絡(luò)拓撲。

作為 V抄送DS2409在1-Wire總線上加載最大100pF（1-Wire輸入為50pF，激活輸出為50pF）。相比之下，典型的寄生供電1-Wire從機增加了800pF至1000pF的負載。在本示例拓撲中，主站必須驅(qū)動的總負載為：中繼端（50pF）上有一個DS2409，第1層有兩個DS2409（150pF，兩個輸入，一個輸出），第2層（150pF）上有兩個DS2409，所有從機都連接到U4的輔助端口（50pF +從機）。這總共是 400pF 加上從站。

根據(jù)應(yīng)用要求，每個分支上可能有兩個以上的DS2409。表 3 顯示了創(chuàng)建的最大分支數(shù)和耦合器的相應(yīng)負載。每層，分支的數(shù)量呈指數(shù)級增長，而DS2409的負載僅呈線性增長。

除了打開通往目標層的路徑的通信開銷（隨層數(shù)線性增加）之外，還需要考慮DS2409增加到路徑中的阻抗。對于主輸出，這通常為10Ω（20Ω，最大值），而輔助輸出通常為15Ω（30Ω，最大值）。非零阻抗的總體效應(yīng)降低了目標層（主站到從機）上的高電平電壓，并提高了干線（從站到主站）上的低電平電壓。降低的高水平通常不是問題。但是，由于升高的低級別，不應(yīng)超出第 4 層。

雙主站網(wǎng)絡(luò)

在某些情況下，兩個主站需要控制1-Wire網(wǎng)絡(luò)，例如作為備份或相互交換數(shù)據(jù)。圖3顯示了實現(xiàn)此目的的電路。在本例中，DS1996存儲器i按鈕用作要交換的數(shù)據(jù)包的臨時存儲器。ID 芯片是可選的。如果安裝，它們可以存儲特定于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，告訴主機它們正在訪問具有存儲緩沖區(qū)和握手邏輯的共享網(wǎng)絡(luò)。除了存儲器i按鈕之外，還可以有一個1-Wire從站網(wǎng)絡(luò)。圖1所示的R1/C1組合也推薦用于雙主站應(yīng)用;它應(yīng)該包括在雙方。

圖3.雙主站概念。如果不能保證相同的電壓，則從同一電源為兩個DS2409器件供電。

作為啟動條件，DS2409的主輸出和輔助輸出均處于非活動狀態(tài)。共享網(wǎng)絡(luò)從兩個DS2409上拉至5V，從而將有效上拉電阻降至750Ω。兩臺主機都會定期讀取DS2409的狀態(tài)信息，以了解另一臺主機是否控制了1-Wire網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)在假設(shè)主機A想要訪問DS1996以向主機B發(fā)送消息。為了訪問存儲器i按鈕（DS1996），主機A首先激活U1的控制輸出，將U2的輔助輸出拉低。同時，主機 B 一直在讀取 U2 狀態(tài)信息，因此知道主機 A 已接管。接下來，主機A激活耦合器U1的主輸出，并將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存iButton。完成寫入后，主機 A 停用 U1 的主輸出并停用控制輸出。

主機 B 仍在讀取 U2 狀態(tài)信息，意識到主機 A 已完成寫入?，F(xiàn)在，主機B激活U2的控制輸出，將U1的輔助輸出拉低。主機 A 讀取 U1 狀態(tài)信息，因此知道主機 B 已接管。主機 B 現(xiàn)在激活 U2 的主輸出并從內(nèi)存 i按鈕讀取消息。處理完消息后，主機 B 會向 i按鈕寫入響應(yīng)。完成后，主機 B 停用 U2 的主輸出并停用控制輸出。主機 A 仍在讀取 U1 狀態(tài)信息，知道主機 B 的訪問已結(jié)束。

函數(shù)命令及其典型用法

DS2409總共可理解11個命令，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能或控制功能。表 4 列出了這些命令，并指出了它們的用途和典型用法。這些命令按其在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中的重要性排序。詳情請參考DS2409數(shù)據(jù)資料。

特別有趣的是智能開啟命令（圖 4）。頂部跡線顯示了輸入1-Wire總線的通信，在本例中為智能輔助命令。第一個字節(jié)是命令代碼 33h，后跟復(fù)位激勵 FFh、復(fù)位響應(yīng)（00h，= 檢測到存在脈沖）和確認字節(jié)（33h，= 無短）。中心跡線顯示輔助輸出上的活動，即復(fù)位/存在檢測（PD）周期。底部跡線顯示了控制輸出端的轉(zhuǎn)換，因為在輔助輸出激活之前主輸出被停用。確認字節(jié)后的任何通信都將傳遞到激活的輸出。僅當存在脈沖報告前面有“所有線路關(guān)閉”命令時，才是正確的。

圖4.智能輔助命令。

停用輸出的正常方法是通過“所有線路關(guān)閉”命令（圖5）。頂部跟蹤顯示命令字節(jié) 66h，后跟確認字節(jié)。當命令字節(jié)傳遞到輸出（中心跟蹤）時，確認字節(jié)不是。底部跡線顯示控制輸出，因為它隨著輸出的停用而變化。

圖5.“所有線路關(guān)閉”命令。

除了智能開啟之外，還有一個用于主輸出的直接開啟命令（圖 6）。示波器跡線看起來就像“所有行關(guān)閉”命令的鏡像。在命令代碼 A5h 之后，主輸出立即被激活（底部跟蹤）。確認字節(jié)傳遞到輸出（中心跡線）。如果使用此命令，則必須遵循復(fù)位/PD周期，以確保激活輸出上的從站與主站同步。

圖6.直接主命令。

DS2409仿真

為了仿真DS2409，需要1-Wire可尋址開關(guān)（用于數(shù)字控制和檢測）和模擬開關(guān)（用于激活或停用輸出）。使用2通道可尋址開關(guān)（例如DS2413、DS2406或DS28E04）加上一個或兩個模擬開關(guān)即可進行部分仿真。 要實現(xiàn)完整的仿真，需要一個5通道1-Wire可尋址開關(guān)（例如DS2408，8通道）和兩個模擬開關(guān)。重要的是，可尋址開關(guān)在所有PIO處于關(guān)斷（不導(dǎo)通）狀態(tài)時上電。

模擬開關(guān)必須是單刀/雙擲 （SPDT） 類型。選擇開關(guān)時，尋找5V±10%的電源電壓，導(dǎo)通電阻（R上）或更低，開關(guān)的所有三個節(jié)點均具有低電容（不超過50pF）。導(dǎo)通和關(guān)斷時間不應(yīng)超過100ns。出色的內(nèi)置ESD保護是可取的。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊規(guī)格，以下模擬開關(guān)被確定為合適的：

單通道：MAX4729 （5.7Ω，最大值）、MAX4730 （5.7Ω，最大值）、MAX4644 （ 4.75Ω，最大值）

雙通道：MAX4717 （3.5Ω，最大值）、MAX4719 （25Ω，最大值）、MAX4635 （4.5Ω，最大值）、MAX4636 （4.5Ω，最大值）、MAX4750 （30Ω，最大值）

三通道：MAX4693（25Ω，典型值，40Ω，最大值;慢速開關(guān)）。

上述開關(guān)均不具有良好的ESD保護。臺架測試使用MAX4561單通道開關(guān)進行，該開關(guān)在常開和NC引腳上具有±15kV的內(nèi)置ESD保護。特別是由于其高R。上MAX4561的值典型值為45Ω，DS2409仿真時不應(yīng)考慮MAX4561。

電路示例

圖7所示電路為部分仿真電路，實現(xiàn)DS2409的一個開關(guān)1-Wire輸出和控制輸出。U1是2通道1-Wire可尋址開關(guān)，具有漏極開路PIO端口。U2 是單刀雙擲模擬開關(guān)。三個開關(guān)端子占用引腳 NO、NC 和 COM。開關(guān)由IN引腳上的數(shù)字電平控制。

在上電默認狀態(tài)下，1-Wire可尋址開關(guān)的兩個PIO均處于高阻抗狀態(tài)。電阻R2對開關(guān)的IN引腳施加邏輯高電平，導(dǎo)致NO引腳連接到COM。 NO引腳上的電阻R1為COM引腳上的非活動1-Wire輸出提供1.5kΩ上拉。這相當于DS2409的上電狀態(tài)。

為了激活U2的1-Wire輸出，主機將PIO-A導(dǎo)通，從而對U2的IN引腳施加邏輯低電平。這會導(dǎo)致模擬開關(guān)斷開COM與常開的連接，并將其連接到NC，即輸入的1-Wire總線。關(guān)閉PIO-A會停用1-Wire輸出。主機可以獨立于PIO-A操作PIO-B，例如，在手動模式下模擬DS2409的控制輸出，或控制另一個類似R1/R2/U2的電路?？刂苾蓚€模擬開關(guān)時，1-Wire主機必須確保激活的1-Wire輸出不超過一個。這可以通過軟件或（更安全）借助膠水邏輯完成，膠水邏輯解碼情況 PIO-A ^ /PIO-B 和/PIO-A ^ PIO-B 來控制模擬開關(guān)。PIO-B還可用于事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）。不支持輸出激活前的復(fù)位脈沖。

圖7.部分DS2409仿真電路U1可以是DS2406、DS2413或DS28E04。

DS2406 可尋址開關(guān)

圖7所示電路已使用DS2406可尋址開關(guān)進行了測試。模擬開關(guān)（MAX4561）的IN引腳連接到DS2406的PIO-B。PIO-A用作打開LED的控制輸出。PIO使用寫入狀態(tài)命令（代碼55h）進行操作，尋址存儲器位置0007h（SRAM控制位）。SRAM控制位的第6位直接訪問PIO-B通道觸發(fā)器。圖 8 顯示了輸出激活序列。頂部跡線中可見的是 CRC16 字節(jié)（1Fh、E2h），它們跟在寫入地址 0007h 的 3Fh 數(shù)據(jù)字節(jié)之后。底部跡線顯示了控制模擬開關(guān)的PIO-B轉(zhuǎn)換。在CRC16之后的復(fù)位/PD周期之前，1-Wire輸出（中心跡線）上沒有任何活動。此復(fù)位/PD未包含在圖8中。

圖 9 顯示了輸出停用序列。頂部跡線中可見的是 CRC16 字節(jié)（1Eh、12h），它們跟在寫入地址 0007h 的 7Fh 數(shù)據(jù)字節(jié)之后。底部跡線顯示了控制模擬開關(guān)的PIO-B轉(zhuǎn)換。1-Wire輸出（中心跡線）上的活動隨著PIO-B的狀態(tài)變化而結(jié)束，之后主機發(fā)出復(fù)位/PD周期。此復(fù)位/PD未包含在圖9中。

PIO不是寫入狀態(tài)寄存器，還可以使用通道訪問命令（代碼F5h）進行控制。然而，這并沒有嘗試過。另外，注意DS2406在斷電不到1分鐘后執(zhí)行上電復(fù)位。相反，DS2409在電源電壓中斷或1-Wire輸入斷開（低電平）僅幾毫秒時經(jīng)歷上電復(fù)位周期。DS2406的PIO處有活動鎖存器。因此，它可以支持事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）?；顒渔i存器通過通道訪問命令（通道控制字節(jié) 1）清除。

圖8.使用DS2406進行部分仿真，輸出激活。

圖9.使用DS2406進行部分仿真，輸出停用。

DS2413 可尋址開關(guān)

圖7所示電路也使用DS2413可尋址開關(guān)進行了測試。模擬開關(guān)的IN引腳連接到DS2413的PIO-A。PIO-B用作打開LED的控制輸出。PIO使用PIO訪問寫入命令（代碼5Ah）進行操作。圖 10 顯示了輸出激活序列。在頂部跡線中可見的是PIO輸出數(shù)據(jù)字節(jié)（首先是真FEh，然后反轉(zhuǎn)01h），然后是AAh確認字節(jié)和新的PIO引腳狀態(tài)（3Ch）。控制模擬開關(guān)的PIO-A（底部走線）在反相的PIO輸出數(shù)據(jù)字節(jié)之后立即變化。因此，確認字節(jié)和PIO引腳狀態(tài)被傳遞到1-Wire輸出（中心跡線）。必須發(fā)出復(fù)位/PD周期，以確保激活輸出上的從機與主站同步。

圖10.使用DS2413進行部分仿真，輸出激活。

圖 11.使用DS2413進行部分仿真，輸出停用。

圖 11 顯示了輸出停用序列。在頂部跡線中可見的是PIO輸出數(shù)據(jù)字節(jié)（首先是真FFh，然后反轉(zhuǎn)00h）。確認字節(jié)和新的PIO引腳狀態(tài)（3Ch）不包括在圖片中?？刂颇M開關(guān)的PIO-A（底部走線）在反相的PIO輸出數(shù)據(jù)字節(jié)之后發(fā)生變化。確認字節(jié)和PIO引腳狀態(tài)不會傳遞到1-Wire輸出（中心走線）。

注意，DS2413在斷開1-Wire總線后需要5分鐘以上才能執(zhí)行上電復(fù)位。相比之下，DS2406在1分鐘內(nèi)經(jīng)歷上電復(fù)位周期。DS2413沒有活動鎖存器，不支持條件搜索。但是，短距離檢測是可能的（虛線）。

DS28E04 可尋址開關(guān)

DS28E04為1線EEPROM，具有兩個PIO。為了使PIO在非導(dǎo)通狀態(tài)下上電，POL引腳需要連接到高電平（5V）。兩個PIO的控制方式與DS2413相同。因此，圖 10 和圖 11 也適用于此處。在寄生電源模式下，DS28E04在執(zhí)行上電復(fù)位之前，1-Wire總線需要不到15秒的中斷時間。DS28E04的PIO具有活動鎖存器。因此，它可以支持事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）。活動閂鎖通過“重置活動閂鎖”命令清除。

全仿真（DS2408可尋址開關(guān)）

圖7所示電路如何仿真a）一個開關(guān)1-Wire輸出和控制輸出，但沒有事件/短路檢測;b） 一個帶事件/短路檢測的開關(guān) 1-Wire 輸出。限制來自 2 通道可尋址開關(guān)。要實現(xiàn)完整的仿真，需要五個 PIO 通道（圖 12）。

全仿真電路使用兩個模擬開關(guān)（U2、U3），由DS2408 8通道可尋址開關(guān)（U1）的PIO端口P1和P2控制。端口P2和P3連接到開關(guān)式1-Wire輸出。這允許短距離檢測和事件檢測。P4 用于仿真控制輸出。這使得 P5 到 P7 可供其他用途使用。如果需要，可以通過P5控制另一個模擬開關(guān)，從而實現(xiàn)第三個1-Wire輸出，P6作為短路/事件傳感器。P7與P4一起饋入解碼器（未顯示），以指示三個1-Wire輸出中的哪一個處于活動狀態(tài)。

DS2408的PIO控制方式與DS2413相同。因此，圖 10 和圖 11 也適用于此處。DS2408的條件搜索可以編程，以便在其任何PIO上發(fā)生事件時進行限定?；顒娱V鎖通過“重置活動閂鎖”命令清除。

與其他可尋址開關(guān)相比，DS2408需要一個外部復(fù)位信號（U4），以確保PIO在非活動狀態(tài)下上電。在寄生電源模式下，1-Wire總線中斷不到5s，DS2408執(zhí)行上電復(fù)位。

靜電防護

DS2409在1-Wire輸入和兩個1-Wire輸出上具有內(nèi)置ESD保護功能。因此，不需要額外的ESD保護。1-Wire可尋址開關(guān)的1-Wire輸入也是如此，但PIO引腳則不然。大多數(shù)模擬開關(guān)的引腳ESD保護非常有限。強烈建議使用額外的保護，特別是對于具有1-Wire輸入和傳出網(wǎng)絡(luò)連接器的節(jié)點。因此，在選擇ESD保護芯片時，請尋找那些向總線增加很少電容的芯片，例如MAX3202E/MAX3203E/MAX3204E或MAX3207E/MAX3208E系列產(chǎn)品。

圖 12.全DS2409仿真電路

總結(jié)

DS2409是一款非常高效的器件，可通過單個主機創(chuàng)建和操作大型1-Wire網(wǎng)絡(luò)。其他關(guān)鍵應(yīng)用包括用于門禁控制的智能接入點和雙主站1-Wire網(wǎng)絡(luò)。DS2409正在逐步淘汰，這將給一直依賴該器件的公司帶來一些困難。本應(yīng)用筆記表明，在不使用DS2409的情況下，還有其他方法可以支持相同的應(yīng)用。

審核編輯：郭婷