确定多从机1-Wire网络的恢复时间

设计1-Wire网络时，通常需要考虑的一个问题就是确定适当的恢复时间，以确保为寄生供电的1-Wire从器件提供足够的电能。本文分析了确定对供电有严格要求事件所需的1-Wire协议，并提供了不同1-Wire从机数、不同工作电压以及温度条件下的恢复时间计算方法。

引言
本应用笔记适用于典型的1-Wire网络，该1-Wire网络由带上拉电阻的1-Wire驱动器(主控制器)和1个或多个1-Wire从机器件组成，如图1所示。大多数1-Wire器件都是寄生供电，这就意味着1-Wire总线同时作为电源线和双向数据线。1-Wire协议规定无通信时进入空闲状况，1-Wire从器件恰好能从总线获取电源。限制1-Wire从器件可用电源数目的临界参数是恢复时间tREC。产品数据资料中规定了tREC的大小，并给出了只在单从机1-Wire网络中有效的读/写波形。

图1. 1-Wire网络典型框图

图2. 启动过程的时序图：复位和应答脉冲

影响参数
在分析供电时的恢复时间时，需考虑几个主要参数和次要参数。这些参数如下：

主要参数

我们先从数据资料给出的条件开始分析：一个带2.2k上拉电阻器(上拉至2.8V)的驱动器、坏情况下的温度，总线上有单个1-Wire从机器件，以及可忽略的电缆电容。本文以1-Wire从机器件的个数为主要参数，并提供不同工作电压、速率以及温度下恢复时间的值。如果1-Wire驱动器和从机之间的电缆非常重要，那么在计算中每15米长的电缆就可等效成一个附加的从机器件。

这里得出的结果适合典型的1-Wire从机器件，可以实现ROM功能、通用寄存器读功能以及SRAM写功能。写EEPROM、温度转换以及SHA-1计算有特定的供电要求(如强上拉)，具体依器件而定，这不影响该计算方法的有效性。就ROM功能和存储器读操作而言，1-Wire EPROM器件也被视为典型器件；为了实现编程目的，只允许在网络上挂接单个EPROM器件。

结果矩阵
用线性公式：tREC = a * N + b，计算恢复时间的大小。假设所有从机器件并联在1-Wire线路和接地基准之间，则N表示网络中寄生供电的从机器件数。由VCC引脚供电的1-Wire从机器件不会明显给1-Wire总线加载；它们应计为器件的1/10。斜率'a'随温度、工作(上拉)电压以及1-Wire速率变化而变化。本文中让失调量'b'仅随速率变化就足够了。表1所列是含有斜率和失调量的公式。通过手动曲线拟合产生数字值；则结果近似与基于科学模型通过迭代法得到的结果吻合。N = 1时，该结果矩阵不能产生与器件数据资料中一样的数据。这一数值差异是曲线拟合的偏差，不应被视为与规范要求冲突。

低工作电压和低温下的恢复时间长。如果应用要求工作在极低的温度下，则应选用-40°C项。室温环境下，可选用+25°C项，并且温度更高时该项也适合，能保证安全工作。+85°C项则产生一个仅应用在+85°C温度下的结果；应该作为一个基准，不作为其他温度的设计值。

高工作电压下的恢复时间短。上拉电压为4.5V或更高时应选用4.5V项。2.8V项对应的恢复时间也适用于更高的电压，但不会降低数据速率。工作电压Vx在2.8V和4.5V之间时，可通过线性插补获得新斜率值：Slope@Vx = Slope@2.8V - (Vx - 2.8V)/1.7V * (Slope@2.8V - Slope@4.5V)。

实例
假定某应用需要一个带有10个1-Wire器件(N = 10)的网络，标准速率下tW0LMIN = 60μs，高速模式下为6μs。(这些数值来自于器件的数据资料，对于不同的器件类型，采用tW0LMIN的值。)假定该网络工作在0°C至70°C温度下。工作电压未定。适合该温度范围的项为-5°C，因为它是低于工作温度且与之接近的数值。由于更高温度下的斜率比-5°C时的斜率低，因此该结果对于高于-5°C的所有温度是有效的。表2列出该实例的tREC以及具有恢复时间的数据速率。
在标准速率下，数据速率降至单从机网络15.3kbps基准的大约70%。在高速模式下，数据速率低于125kbps基准的40%。如果表2中数据速率都适合应用，则工作电压的选择不重要。然而，如果可提供大约5V的工作电压，则具有较好的噪声抑制性，应将其做为。

表2. 实例计算结果(N = 10)

可采用的改进方法
如果该表中的恢复时间不能达到要求，还可以采用下列几种方法提高数据速率。
减小上拉电阻，例如，由2.2k降至1k。 较低的电阻可使1-Wire网络再充电电流加倍，这样可减小50%的恢复时间。采用这种方法时，在读数据时隙拉低1-Wire总线时，确认每个从机器件是否能处理所增加的电流VPUP/RPUP是非常重要的。
改变网络拓扑。 不采用一个网络，而是采用2个或多个更小的网络，或用DS2409 1-Wire耦合器将一些从机器件从网络的有源部分断开。
考虑采用有源1-Wire驱动器
有源驱动器采用晶体管临时旁路上拉电阻。这样允许1-Wire网络以快的速率进行再充电，从而降低必需的恢复时间。

有源1-Wire驱动器
Dallas Semiconductor产品中包含三个有源1-Wire驱动器：DS2480B、DS2490和 DS2482。
DS2480B和DS2490具有同样的5V 1-Wire驱动器，但是有不同的主机接口。两款器件的恢复时间均终止于1-Wire总线电压超过规定门限的时候。采用DS2480B，只要1-Wire有效(例如，写1字节)，主机就能通过UART端接收一个应答字节。采用USB兼容的DS2490，主机需要轮询以检测1-Wire有效性是否结束。

DS2482通过其I2C接口与主机通信。该器件的1-Wire侧可工作在3.3V和5V电压下。采用DS2482，当1-Wire时隙结束时，恢复时间终止。如果有源上拉功能被激活，则在固定持续时间内，可在1-Wire总线的上升沿提供额外的电量。DS2482比一个单纯的阻性上拉强，但是不如DS2480B或DS2490。DS2482的8通道版本有助于将一个较大的应用分离成几个每线具有较少1-Wire器件的更小的网络。采用DS2490时，DS2482的主机需要轮询驱动器芯片以检测1-Wire有效性是否结束。

采用可作为智能1-Wire驱动器的微控制器可以实现更大的灵活性，特别是驱动一个物理的大型1-Wire网络。该电路及其必需软件所应考虑事项的详细描述，请参见Dallas应用笔记244。这种驱动器工作在3.3V或5V电压下，具体取决于微控制器特性。

结束语
计算多从机器件1-Wire应用所需的恢复时间是一个非常简单和直观的过程。对于1-Wire网络，通常采用5V电压是选择。对于更多的应用来说，采用带上拉电阻的1-Wire驱动器就足够了。对于大型的网络，则需要带有源上拉的驱动器。