如何在同一总线上安装1-Wire EPROM和5V 1-Wire器件
如果应用需要在部署后写入eprom器件，则需要保护5v器件免受过压暴露的影响。本文将解释在5v器件不受编程脉冲影响的情况下，如何在同一总线上安装1-wire eprom和5v 1-wire器件。
大多数1-wire器件工作在2.8v至5.25v v狗用于读写。eprom器件（包括ds2406、ds2502、ds1982、ds2505和ds1985）需要12v编程脉冲才能写入。 然而，对于不能承受超过5.5v的器件，编程脉冲构成过压。因此，如果应用需要在部署后写入eprom器件，则需要保护5v器件（图1）。本文档中的电路可防止高达40v的正过压，包括12v eprom编程脉冲。
图1.具有5v和12v器件的1-wire总线。
保护电路要求
合适的保护电路需要满足以下几个要求：
对1-wire总线施加极低的负载
不妨碍1线eprom的编程
正确保护5v 1-wire器件
保持完整的通信信号幅度
此外，希望保护电路由易于获得的廉价组件构成。
基本概念
图2显示了一个非常简单的保护电路。齐纳二极管u1限制q1栅极的电压。r1限制可以流过u1的电流。q1是一款n沟道mosfet，用作源极跟随器，使来自其栅极的电压减去失调到达1-wire从器件的io引脚。为了保持完整的通信信号幅度，偏移应尽可能低。具有负偏移的耗尽模式mosfet非常适合此目的。supertex® dn3135经过测试，其失调测量为-1.84v（数据手册参数v一般事务（关闭）).因此，必要的栅极电压vg为3.16v，定义了u1的阈值电压。
图2.保护电路的概念。
不幸的是，晶体管的失调电压因器件和温度而异。在室温下，该值可以在-3.5至-1.5v之间，而不是-1.84v。这种变化使得找到合适的齐纳二极管变得困难。此外，低压齐纳二极管的额定电流通常为5ma，该电流会阻碍1-wire eprom的编程。例如，如果工作在100μa，则压降远低于规定的阈值。更适合的是并联稳压器，它类似于齐纳二极管，但在低得多的电流下达到其阈值电压。例如，maxim lm4040的3.3v版本仅需67μa即可可靠地达到反向击穿电压。定义在1-wire总线上在5v时达到67μa，可以计算r1 = （5v - 3.3v）/67μa = 25.4kω。1-wire总线上67μa的额外负载相当于大约10个从器件。这对于像ds2480b这样的1-wire主机来说是可以接受的。现在，我们将在12v编程脉冲期间检查通过r1的电流：
i（r1） = （12v - 3.3v）/25.4kω = 343μa （公式1）
1-wire eprom的编程电流额定为10ma。大约1/3ma的额外负载应该不会引起任何问题。因此，如果mosfet的失调电压接近-1.8v，图2中的电路应该可以工作。但是，这并不能保证。因此，需要一种提供可调阈值或可以调整的电路。
具有单片电流源的可调阈值
图3中的电路使用电流源（u1）来设置q1的最大栅极电压。理想的电流源提供的电流与其端子上的电压无关。在给定电流 i外，可以通过为r1选择不同的值来调节栅极电压。
图3.带电流源的改进保护电路的概念。
目前可用的单片电流源是恩智浦® pssi2021say（图4）。该设备有四个端子，分别称为vs，iout，gnd和rext。r内线如果安装，则旁路标称 48kω 的内部电阻。
图4.改进的保护电路。
根据产品数据表，i外计算公式为：
iout = 0.617/rext(ω) + 15µa （公式2）
与 r内线= 10kω，以减轻 48kω 内部电阻并联至 r 的容差内线，典型电流为 （61.7 + 15）μa = 76.7μa，根据 pssi2021say 数据手册。输出电流在一定程度上取决于电源电压vs，特别是对于低于5v的电源电压。在测试设置中测量时，在3.75v时达到76.7μa的值。在 12v 时，电流为 94μa。由于芯片设计简单，这种行为应被视为正常行为。
图4的电路用r进行了测试内线= 10kω 和 r1 = 39kω。1-wire适配器是maxim ds9097u-e25。图5和图6显示了1-wire适配器（顶部走线）和受保护从站（底部迹线）上的信号。编程脉冲（见图6）在受保护的从机上产生持续时间为~10μs的±3v尖峰。在编程脉冲期间，受保护从站的电压上升到6v，这可能是个问题。
图5.通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。图4所示电路不会使1-wire信号失真。
图6.编程脉冲，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
pssi2021say 的一个缺点是其相当高的电源电流。在 12v 电压下，包括 15μa 用于 i外，电流可能高达370μa。除了可调性外，采用pssi2021say的电路并不比图2中的电路好。
具有带隙基准和分立电流源的可调阈值
pssi2021say数据手册披露了该电路的基本概念。缺点之一是内部基准电压，它来自两个串联二极管的正向电压。如果使用带隙基准电压源代替正向偏置二极管，则可实现更好的性能。图7显示的电路等效于pssi2021say，消耗的电流更少，一旦带隙基准电压源达到其正常工作电流，电流实际上与电压无关。
图7.带隙基准保护电路。
pssi2021say 被晶体管 q2、带隙基准电压源 u1 以及电阻 r2 和 r3 取代。当r3选择为100kω时，带隙基准在io上达到其最小工作电流（2.2v）。流经 u1 的电流在 io 上为 38μa（在 5v） 和 12v （12v）。
根据基尔霍夫定律，以下关系适用：
vbg= ie× r2 + veb （公式3）
对于通用硅pnp晶体管，例如2n3906，veb在室温和低集电极电流下典型值为0.6v。与 vbg称为1.235v，此等式可以解析为：
r2 = （vbg， web）/ie= （1.235v - 0.6v）/ie= 0.635v/ie （公式4）
为了获得与pssi2021say电路相同的标称电流（76.7μa），r2计算为8.2kω。q1与图2相同，vg必须为 3.2v。忽略q2的基极电流，ic等于 ie.r1 现在可以计算为：
r1 = vg/我c= 3.2v/76.7μa = 41.7kω （公式5）
为了降低1-wire主机的总负载，可以降低电流源的输出电流。将r1和r2增加4倍（r2 = 33kω，r1 = 160kω）可将电流减小至19μa，从而产生最大栅极电压为3.08v。实际上，需要调整r1以补偿mosfet的v一般事务（关闭）宽容。如果1-wire从机上的电压与v（io）非常匹配，则可以找到合适的值。
图7中的电路使用美国国家半导体® lm385进行了测试，而不是更新和改进的线性技术® lt1004，后者并不容易获得。1-wire适配器是maxim ds9097u-e25。图8和图9显示了1-wire适配器（顶部走线）和受保护从站（底部走线）的信号。编程脉冲（见图9）在从机上引起~10μs尖峰（上升2v，下降1.5v）。该电路的性能优于图4所示电路。在编程脉冲期间，受保护从机的电压勉强高于5v电平。
图8.没有 c1。通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
图9.没有 c1。编程脉冲，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
为了降低编程脉冲引起的尖峰幅度，安装了值为100pf的c1。图 10 和 11 显示了结果。通信波形略有失真。尖峰幅度减小（上升1.4v，下降1.2v）。与图9相比，电压不会低于3v。 像bzx84这样，从q1源源到gnd的5.1v低功耗齐纳二极管可以削波上升的尖峰，但不影响下降的尖峰。
图 10.已安装 c1。通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
图 11.已安装 c1。编程脉冲，适配器（底部），受保护的从站（顶部）。
保护限制
图7中的电路在io和gnd之间可以承受的最大电压由下式决定：
对 u1 安全的最大电流
q2的vce击穿电压
q1的vgd和vds击穿电压
这些值为 lt1004 （u1） 为 20ma、2n3906 （q2） 的 40v 和 q1 的 350v。限制分量为q2。在40v时，流经u1的电流为143μa，远低于20ma的限值。
总结
如果5v器件不受编程脉冲的影响，则可以在同一总线上安装1-wire eprom和5v 1-wire器件。图2中的简单保护电路可以工作，但由于mosfet的栅源关断电压变化很大，因此不是最佳的;需要找到晶体管和并联稳压器的“匹配对”。图4中的电路是可调的，以补偿mosfet的容差，但对1-wire主机施加更大的负载。由于pssi2021say可以承受高达75v的电压，因此该电路可以承受高达75v的电压。图7中的电路在功能上与图4中的电路相同，但性能更好，对1-wire主机的负载也低得多。其保护电平为40v，受q2限制。通过选择具有更高v的晶体管可以提高保护级别行政长官击穿电压。
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保护电路要求
合适的保护电路需要满足以下几个要求：
对1-wire总线施加极低的负载
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保持完整的通信信号幅度
此外，希望保护电路由易于获得的廉价组件构成。
基本概念
图2显示了一个非常简单的保护电路。齐纳二极管u1限制q1栅极的电压。r1限制可以流过u1的电流。q1是一款n沟道mosfet，用作源极跟随器，使来自其栅极的电压减去失调到达1-wire从器件的io引脚。为了保持完整的通信信号幅度，偏移应尽可能低。具有负偏移的耗尽模式mosfet非常适合此目的。supertex® dn3135经过测试，其失调测量为-1.84v（数据手册参数v一般事务（关闭）).因此，必要的栅极电压vg为3.16v，定义了u1的阈值电压。
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i（r1） = （12v - 3.3v）/25.4kω = 343μa （公式1）
1-wire eprom的编程电流额定为10ma。大约1/3ma的额外负载应该不会引起任何问题。因此，如果mosfet的失调电压接近-1.8v，图2中的电路应该可以工作。但是，这并不能保证。因此，需要一种提供可调阈值或可以调整的电路。
具有单片电流源的可调阈值
图3中的电路使用电流源（u1）来设置q1的最大栅极电压。理想的电流源提供的电流与其端子上的电压无关。在给定电流 i外，可以通过为r1选择不同的值来调节栅极电压。
图3.带电流源的改进保护电路的概念。
目前可用的单片电流源是恩智浦® pssi2021say（图4）。该设备有四个端子，分别称为vs，iout，gnd和rext。r内线如果安装，则旁路标称 48kω 的内部电阻。
图4.改进的保护电路。
根据产品数据表，i外计算公式为：
iout = 0.617/rext(ω) + 15µa （公式2）
与 r内线= 10kω，以减轻 48kω 内部电阻并联至 r 的容差内线，典型电流为 （61.7 + 15）μa = 76.7μa，根据 pssi2021say 数据手册。输出电流在一定程度上取决于电源电压vs，特别是对于低于5v的电源电压。在测试设置中测量时，在3.75v时达到76.7μa的值。在 12v 时，电流为 94μa。由于芯片设计简单，这种行为应被视为正常行为。
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图5.通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。图4所示电路不会使1-wire信号失真。
图6.编程脉冲，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
pssi2021say 的一个缺点是其相当高的电源电流。在 12v 电压下，包括 15μa 用于 i外，电流可能高达370μa。除了可调性外，采用pssi2021say的电路并不比图2中的电路好。
具有带隙基准和分立电流源的可调阈值
pssi2021say数据手册披露了该电路的基本概念。缺点之一是内部基准电压，它来自两个串联二极管的正向电压。如果使用带隙基准电压源代替正向偏置二极管，则可实现更好的性能。图7显示的电路等效于pssi2021say，消耗的电流更少，一旦带隙基准电压源达到其正常工作电流，电流实际上与电压无关。
图7.带隙基准保护电路。
pssi2021say 被晶体管 q2、带隙基准电压源 u1 以及电阻 r2 和 r3 取代。当r3选择为100kω时，带隙基准在io上达到其最小工作电流（2.2v）。流经 u1 的电流在 io 上为 38μa（在 5v） 和 12v （12v）。
根据基尔霍夫定律，以下关系适用：
vbg= ie× r2 + veb （公式3）
对于通用硅pnp晶体管，例如2n3906，veb在室温和低集电极电流下典型值为0.6v。与 vbg称为1.235v，此等式可以解析为：
r2 = （vbg， web）/ie= （1.235v - 0.6v）/ie= 0.635v/ie （公式4）
为了获得与pssi2021say电路相同的标称电流（76.7μa），r2计算为8.2kω。q1与图2相同，vg必须为 3.2v。忽略q2的基极电流，ic等于 ie.r1 现在可以计算为：
r1 = vg/我c= 3.2v/76.7μa = 41.7kω （公式5）
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图7中的电路使用美国国家半导体® lm385进行了测试，而不是更新和改进的线性技术® lt1004，后者并不容易获得。1-wire适配器是maxim ds9097u-e25。图8和图9显示了1-wire适配器（顶部走线）和受保护从站（底部走线）的信号。编程脉冲（见图9）在从机上引起~10μs尖峰（上升2v，下降1.5v）。该电路的性能优于图4所示电路。在编程脉冲期间，受保护从机的电压勉强高于5v电平。
图8.没有 c1。通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
图9.没有 c1。编程脉冲，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
为了降低编程脉冲引起的尖峰幅度，安装了值为100pf的c1。图 10 和 11 显示了结果。通信波形略有失真。尖峰幅度减小（上升1.4v，下降1.2v）。与图9相比，电压不会低于3v。 像bzx84这样，从q1源源到gnd的5.1v低功耗齐纳二极管可以削波上升的尖峰，但不影响下降的尖峰。
图 10.已安装 c1。通信波形，适配器（顶部），受保护的从机（底部）。
图 11.已安装 c1。编程脉冲，适配器（底部），受保护的从站（顶部）。
保护限制
图7中的电路在io和gnd之间可以承受的最大电压由下式决定：
对 u1 安全的最大电流
q2的vce击穿电压
q1的vgd和vds击穿电压
这些值为 lt1004 （u1） 为 20ma、2n3906 （q2） 的 40v 和 q1 的 350v。限制分量为q2。在40v时，流经u1的电流为143μa，远低于20ma的限值。
总结
如果5v器件不受编程脉冲的影响，则可以在同一总线上安装1-wire eprom和5v 1-wire器件。图2中的简单保护电路可以工作，但由于mosfet的栅源关断电压变化很大，因此不是最佳的;需要找到晶体管和并联稳压器的“匹配对”。图4中的电路是可调的，以补偿mosfet的容差，但对1-wire主机施加更大的负载。由于pssi2021say可以承受高达75v的电压，因此该电路可以承受高达75v的电压。图7中的电路在功能上与图4中的电路相同，但性能更好，对1-wire主机的负载也低得多。其保护电平为40v，受q2限制。通过选择具有更高v的晶体管可以提高保护级别行政长官击穿电压。
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