DS2433设计转变为DS24B33 4Kb 1-Wire EEPROM

引言 ds24b33是ds2433的替代产品,采用更新的半导体技术。总的来说,ds24b33与ds2433引脚兼容,可直接代替ds2433;两个器件均具有1-wire接口和4kb eeprom,eeprom划分为16页,每页32字节。然而,新一代半导体技术使得器件在性能、特性以及工作条件等方面出现一些不可避免的变化。性能、特性变化不一定会对使用ds24b33的现有设计造成不利影响。本文详细讨论了这些变化的影响,帮助设计者评估这些变化是否对现有设计造成障碍。本文分析了参数变化,并给出了修改现有设计的建议。
性能和特性变化 读操作低电平持续时间
说明:该参数规定了主控器件在一个读时隙开始时必须将1-wire拉低的持续时间。该持续时间必须足够长,直到1-wire从器件以逻辑0响应总线,将总线拉低。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
tlowr standard speed 1 15 µs 8
overdrive speed 1 2
注8: 主控器件发出的低电平脉冲持续时间至少为1µs ,最大值应尽可能小,使上拉电阻能够在1-wire器件采样之前(写1时间)或在主控器件采样之前(读1时间)接管总线。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
trl standard speed 5 15-δ µs 2, 17
overdrive speed 1 2-δ
注2: 系统要求。
注17: δ表示上拉电路将io电压从vil上拉至总线主控制器输入高电平门限所需要的时间。主控制器将总线拉低的实际最大持续时间为trlmax+ tf。
影响:标准速度下,为改进网络性能在1-wire前端增加了低通滤波,这也增大了响应时间,但不影响最大指标限值。为保证数学计算正确,引入了“δ”代表上限,与实际应用的上升时间有关。注意,网络性能的改进也影响了“写1”时低电平持续时间(分别为tlow1和tw1l)的最小值,ds24b33的最小值为5µs,ds2433为1µs。通常情况下,主控制器以“写1”时隙相同的方式产生读数据时隙。因此,更新固件满足ds24b33的trl要求即为以正确方式更新“写1”时隙的定时。
措施:验证1-wire主控满足ds24b33要求。如果不满足下限,主控器件可能在从器件拉低总线之前停止拉低总线,从而在1-wire信号线上产生尖峰脉冲。在多个从器件的网络中,尖峰脉冲会导致其它从器件失去与主控器件的同步。如果是单点网络,这种潜在的尖峰脉冲不太可能影响通信。
恢复时间
说明:该参数规定1-wire从器件恢复其寄生电源并准备好下一操作(时隙或复位/在线检测过程)时隙之间的最小空闲时间(高电平时间)。持续时间必须足以补充前一操作消耗的能量,并为下一操作积累能量。由于复位/在线检测过程大于一个时隙,寄生电源必须充满电,以便器件产生满足定时指标的应答脉冲。恢复时间会影响有效的1-wire数据速率,数据速率为1/tslot。注意,ds2433数据资料的时隙定义不包括恢复时间。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
trec standard speed 1 µs
overdrive speed 1
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
trec standard speed 5 µs 2, 13
overdrive speed 2
vpup≥ 4.5v 1
directly prior to reset pulse ≤ 640µs 5
directly prior to reset pulse > 640µs 10
注2: 系统要求。
注13: 1-wire总线挂接单个ds24b33。
影响:ds2433数据资料未说明参数测试条件。如果应用中的恢复时间太短,写0时隙会造成1-wire从器件操作“断电”,并与主器件失去同步。电源电压不足时,可能不满足与从器件相关的时序指标(即不是系统要求的指标),导致工作不可靠。
措施:验证1-wire主控满足ds24b33要求。注意,数据资料中要求提供一个最大2.2kω的上拉电阻,且为单个从器件网络。对于多个从器件的网络,恢复时间更长。如果应用中的上拉电阻大于2.2kω,请更换电阻。请参见本文上拉电阻部分的推荐值。更多指南,请参见应用笔记3829:“确定多从机1-wire®网络的恢复时间”。
编程电流
说明:该参数定义为1-wire eeprom从其暂存器复制数据所需要的电流。为确保写操作期间可靠编程,1-wire信号线上的电压v(io)不得低于规定的门限(vpupmin= 2.8v)。上电电阻的压降计算为δv = rpup× iprog。因此,1-wire总线上的电压为v(io) = (vpup- δv),且在编程期间任何时候不得低于2.8v。在只读1-wire eeprom应用中,编程电流指标无关紧要。
摘自ds2433数据资料
symbol conditions min typ max units notes
ilprog 500 µa 5
注5: copy scratchpad需要最长5ms的时间,期间1-wire总线电压不得低于2.8v。
摘自ds24b33数据资料
symbol conditions min typ max units notes
iprog 2 ma 18
注18: eeprom编程期间从io吸收的电流。io上拉电路应使io电压在编程期间大于或等于vpupmin。如果系统中的vpup接近于vpupmin,则可能需要增加一个rpup低阻旁路,编程期间将其激活。
影响:ds2433数据资料仅规定了典型值;ds24b33则规定了最大编程电流。为确保满足2.8v最小值要求,需要知道最大编程电流。如果上拉电压接近其指标下限,满足最小电压要求尤其重要。例如:为了在5v环境下满足2.8v最小值要求,上拉电阻必须为rpup≤ (5.0v - 2.8v)/2ma = 1100ω。
措施:如果对ds24b33进行写操作,则检查是否满足2.8v最低电压工作条件(vpupmin),以获得最大编程电流。尤其对于接近3.3v的vpup,上拉电阻需要一个可切换的低阻旁路,详细信息请参考应用笔记4255:“为1-wire®器件的扩展功能供电”,或应用笔记4206:“为嵌入式应用选择合适的1-wire®主机”。
输入负载电流
说明:该参数规定在没有通信操作时,1-wire从器件从1-wire总线吸收的电流。此时,寄生电源已完全充满。不同器件之间的输入负载电流不同。输入负载电流产生的上拉电阻压降计算公式为:δv = rpup× il。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
il 5 µa 4
注4: 输入负载至地。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
il io at vpupmax 0.05 5 µa
注4: 输入负载至地。
影响:ds2433数据资料仅规定了典型值。ds24b33数据资料规定了最小值和最大值。
措施:由于最大值与ds2433典型值相同,该参数完全兼容于ds2433应用,无需采取措施。
输入电容
说明:该参数规定1-wire器件寄生电源的电容值,通常,该数值为600pf至800pf。如果寄生电源完全放电,则需要一定的空闲时间重新充电补充能量,使1-wire做好通信准备。器件上电时,通常具有足够的空闲时间。正常工作期间,只为部分寄生电容重新充电。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
cin/out ta= +25°c 100 800 pf 6
注6: 首次加电时,数据引脚的电容可为800pf。如果使用5kω电阻将数据线上拉至vpup,在向寄生电容加电后5µs将不影响正常通信。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
cio ta= -40°c to +85°c 2000 pf 5, 6
注5: 首次施加vpup时,数据引脚的电容为2500pf。如果使用2.2kω电阻上拉数据线,向寄生电容施加vpup后15µs将不影响正常通信。
注6: 仅由设计、特征参数和/或仿真保证,无生产测试。
影响:由于ds24b33需要的编程电流高于ds2433,它所要求的寄生供电电容明显大于ds2433。由此降低了给定1-wire主控制器能够驱动的从器件数量。对于ds2433工作裕量很小的应用(低vpup、高rpup、短trec),可能不能使用ds24b33。
措施:为了解决ds24b33高输入电容的问题,有必要选择较低的1-wire上拉电阻,或使用专用的1-wire主控器件,例如ds2480b。对于低上拉电压的应用,电阻上拉接口可能必须采用有源上拉驱动代替,例如ds2482。 工作条件变化 上拉电压
说明:该参数规定1-wire工作电压。上限为1-wire器件在没有应力、无时间限制情况下io引脚可承受的电压。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
vpup ta= -40°c to +85°c 2.8 6 v 1
注1: vpup= 外部上拉电压。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
vpup ta= -40°c to +85°c 2.8 5.25 v 2, 3
注2: 系统要求。
注3: 工作在接近最低电压(2.8v)时,建议下降沿摆率为15v/µs或更快。
影响:由于采用新一代半导体工艺,ds24b33可承受的最大值低于ds2433。由于大多数应用工作在5v ±5%或更低,这一变化应该不是问题。
措施:如果实际应用工作在6v ±5%,则降低上拉电压。例如,将一个或两个通用的硅二极管与上拉电阻串联。二极管大约0.7v的导通压降可降低1-wire电压,实现安全工作。
上拉电阻
说明:该参数规定1-wire上拉电阻的允许范围。如果电阻过大,没有足够时间为1-wire从器件的寄生电源重新充电;如果电阻值过小,可能不满足最大vil指标。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
rpup kω
ds2433数据资料在电气特性表中未明确给出rpup,但给出了一些文字指导。ds2433数据资料图8中的文字规定单点网络的指标:“读操作为5kω,vpup≥ 4v时写操作为2.2kω。根据1-wire通信速率和总线负载特性,上拉电阻优化在1.5kω至5kω范围”。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
rpup 0.3 2.2 kω 2, 4
注2: 系统要求。
注4: 最大允许上拉电阻是系统中1-wire器件数量、1-wire恢复时间以及eeprom编程所需电流的函数。此处给出的数值适用于只有一个器件、具有最小1-wire恢复时间的系统。对于负载较重的系统,可能需要有源上拉,例如ds2482-x00或ds2480b。
影响:相对于ds2433数据资料,ds24b33数据资料给出了关于上拉电阻范围的详细信息。ds24b33的上限符合trec测试条件。下限不会对5v ±5%环境下的ds24b33造成应力。然而,在最差工作条件下(即ds24b33的输出晶体管阻抗= volmax/4ma = 100ω),ds24b33拉低1-wire总线时,所产生的vol值为:100ω/(100ω + 300ω) × vpup。为满足其它1-wire从器件和主控器件的最大vil要求,2.8v下最小、最安全的rpup值为600ω。
措施:检查应用中的上拉电阻。如果上拉电阻高于2.2kω,则用较小的电阻代替它,或使用不同的1-wire主控器件。更多建议请参见输入电容部分。 技术改进 eeprom使用寿命
说明:该参数规定eeprom单元在给定温度下可承受的无差错写次数。通常情况下,使用寿命远远高于给出的最小值。
摘自ds2433数据资料 symbol conditions min typ max units notes
ncycle ta= +25°c
vpup= 5.0v 50k 7
注7: 执行copy scratchpad命令期间,ds2433自动擦除要写入的存储器。总线主控器件无需采取其它步骤。
摘自ds24b33数据资料 symbol conditions min typ max units notes
ncy at +25°c 200k 20, 21
at +85°c 50k
注20: 当ta升高时,有效的写次数会降低。
注21: 未进行100%生产测试;由可靠性抽样监测保证。
影响:+25°c时,ds24b33至少是ds2433的4倍。未给出ds2433在+85°c时的使用寿命。
eeprom数据保持
说明:该参数规定存储器没有重新写入数据(刷新)时,能够保持数据完整性的时间。通常情况下,数据保持时间远远大于所给定的最小值。
摘自ds2433数据资料
symbol conditions min typ max units notes
tdr years
没有规定。
摘自ds24b33数据资料
symbol conditions min typ max units notes
tdr at +85°c 40 years 22, 23, 24
注22: ta升高时,数据保持时间下降。
注23: 短时间内,100%高温生产测试保证;该生产测试等效于数据资料中的工作温度范围,这些数据是在可靠性测试中确定的。
注24: 超出数据保持时间后,或许不能正常写入eeprom。不建议长时间储存在高温下,+125°c下储存10年或+85°c下储存40年后,器件可能丧失写能力。
影响:ds24b33满足当前工业标准。
rom功能“resume”
说明:与许多新推出的1-wire从器件一样,ds24b33支持网络功能命令resume。一旦通过match rom、search rom或overdrive match rom成功选中ds24b33,resume命令即允许再次读/写相同器件,无需指定64位注册码。
影响:对于存在多个从器件的网络,resume能够减轻多次读/写同一器件的通信开销,例如,随机读取存储器或更新存储器数据。ds24b33支持该命令,ds2433则不支持该命令,所以应用中可据此在电气特性上区分这两个部件。
1-wire前端
说明:前端是芯片内部支持访问器件资源(例如存储器)通信协议的电路。前端决定了在嘈杂环境下通信波形的定时容差和1-wire从器件的性能。
影响:类似于多种新型1-wire从器件,ds24b33前端支持滞回切换门限(参见数据资料,参数vth和vhy),有助于提高多点网络的性能。独立微调振荡器,控制ds24b33的通信时基。与传统1-wire从器件相比,这样形成的通信时隙更精准,对电压和温度的依赖性更小。
e/s寄存器
说明:该寄存器是暂存器逻辑的一部分,写暂存器时用于跟踪终止偏移量,并可提供状态信息,例如:字节不完整、电源故障(pf标记)、copy scratchpad命令是否接受(aa标记)。aa标记对基于nv sram的ibuttons®非常重要,但对整个寄生供电的1-wire器件(例如eeprom)并不特别关键。
影响:对于原先的ds2433,aa标记在上电时未定义状态。对于ds24b33,该标记在上电时被清零。尽管在ds24b33中改善了功能,但aa标记不应作为编程是否成功的主要指示。 ds2433和ds24b33编程 在硬件连接中,两款器件的操作完全一致,可相互替代。对于不可靠的1-wire连接(例如,所谓的触控环境),或可能发生低于vpupmin电压(例如,电池电量过低时)时,以下方法可确保可靠编程。
读取所更新的整个页面,确保在copy scratchpad命令失败的情况下仍然知道原先的数据,用于恢复页面数据。 即使只有少数几个连续字节需要修改,也对整个页面进行写操作。 copy scratchpad结束时,总是检查成功字节(交替的0–1码型,等效于aah)。 copy scratchpad命令之后,总是读回被更新的eeprom页。 如果成功字节为aah,eeprom页面数据显示新数据,说明写操作成功。无需采取其它措施。
在其他任何情况下(eeprom页面数据不匹配、成功字节不是aah),依次重复write scratchpad、copy scratchpad,直到成功。这种方法对于ds2433和ds24b33都很可靠。已经采用这种方式的现有软件完全兼容ds24b33。
总结 ds24b33是ds2433 1-wire eeprom的新一代产品。为了保证软件的向下兼容性,ds24b33支持节省时间的resume网络功能,具有更严格的1-wire时隙容限,并提供带有滞回的切换点。新型eeprom单元结构具有更长的使用寿命(可重复擦除/写入的次数更多),达到至少200k次;而ds2433的重复写次数只有50k次。ds24b33所需要的编程电流大于前者。根据工作电压的不同,可能需要修改对ds24b33进行写操作的1-wire主控器件电路。

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