單線串行總線承載隔離電源和數(shù)據(jù)

接口電路使用達(dá)拉斯半導(dǎo)體1-Wire串行總線在主機(jī)（MCU）和傳感元件之間提供隔離電源和雙向通信。

醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用通常需要 2500VAC 或更高的電氣隔離，以確?；颊吆驮O(shè)備操作員的安全。隔離柵不僅向傳感元件傳輸電源，還向該元件傳輸數(shù)據(jù)或從該元件傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)跨越屏障的數(shù)據(jù)信號(hào)都需要隔離，因此在這些應(yīng)用中，通常通過選擇串行總線而不是并行總線來節(jié)省成本。串行總線包括 SPI、I2C和達(dá)拉斯1-Wire總線。

達(dá)拉斯半導(dǎo)體1-Wire僅需一條數(shù)據(jù)線（加地）即可實(shí)現(xiàn)雙向通信。由于光隔離器是單向器件，典型的1-Wire應(yīng)用需要兩個(gè)光電器件，數(shù)據(jù)流的每個(gè)方向一個(gè)。（SPI和我2C 應(yīng)用程序至少需要三個(gè)光學(xué)器件。1-Wire總線還可以在其“寄生電源模式”下傳輸電力。隔離式轉(zhuǎn)換器為傳感元件供電。因此，大多數(shù)1-Wire設(shè)計(jì)需要兩個(gè)光電器件作為數(shù)據(jù)接口，一個(gè)光電器件用于隔離電源的反饋，一個(gè)變壓器用于隔離電源。

圖1所示電路采用隔離式變壓器驅(qū)動(dòng)器（U1）和單個(gè)光耦合器實(shí)現(xiàn)，最大限度地減少了隔離所需的元件數(shù)量，同時(shí)保持了雙線尾纖設(shè)計(jì)（數(shù)據(jù)加接地至1-Wire檢測元件）。U1提供隔離和偽穩(wěn)壓電源，同時(shí)使主機(jī)能夠通過隔離接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?-Wire器件。在接收數(shù)據(jù)路徑中定位單路光電允許主機(jī)接收來自1-Wire器件的隔離數(shù)據(jù)。

圖1.該接口電路采用達(dá)拉斯半導(dǎo)體1-Wire串行總線，在主器件（MCU）和傳感元件之間提供隔離電源和雙向通信。

請注意以下雜項(xiàng)觀察結(jié)果：

U1 和變壓器 T1 在 V 下產(chǎn)生約 4.0V 的電壓伊索爾節(jié)點(diǎn)（原理圖的右上角）。

D1和D2為次級(jí)變壓器實(shí)現(xiàn)半橋整流器。

FS 和 V 之間的連接抄送在 U1 上，使該設(shè)備以標(biāo)稱 860kHz 切換。

電容C2濾除輸出，并在正循環(huán)之間保持輸出電平。

R1 用于對電容器 C2 放電。

DQ節(jié)點(diǎn)上的電壓電平滿足DS18B20數(shù)據(jù)資料中規(guī)定的直流要求。但是，該電路的功能未通過DS18B20或任何其他1-Wire器件進(jìn)行測試。

主微控制器（MCU）通過調(diào)節(jié)U1的SD引腳的開啟和關(guān)閉，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?-Wire器件。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，U1通常導(dǎo)通并為1-Wire器件供電，因此1-Wire器件的邏輯電平為高電平。此時(shí)VISOL節(jié)點(diǎn)約為4.0V。

為了啟動(dòng)通信，MCU 通過強(qiáng)制 SD 為高電平、關(guān)閉 U1 來置位復(fù)位脈沖。U1關(guān)斷時(shí)，VISOL處的電壓降至1-Wire器件的邏輯低電平。您應(yīng)該選擇 R1、R2、R3 和 C2，以使 VISOL 在不到約 5μs 的時(shí)間內(nèi)降至邏輯低閾值 （0.8V） 以下。 （請注意，使用 R1 = R2 = 1.00k、R3 = 2.00k 和 C2 = 4.7nF 為測試提供了一個(gè)起點(diǎn)，但最終值取決于所選的光電。當(dāng)U1處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，這四個(gè)值不得使VISOL降至1-Wire器件的2.4V邏輯高門限以下。

為了使MCU從1-Wire器件接收數(shù)據(jù)，光電（U3）由VISOL電平或1-Wire器件（DQ）的數(shù)據(jù)引腳調(diào)制。當(dāng) U1 亮起時(shí)，U3 中的 LED 亮起，從而強(qiáng)制 Rx 變低。當(dāng)1-Wire器件將DQ拉低時(shí)，LED熄滅，Rx變?yōu)楦唠娖健．?dāng) U1 關(guān)閉時(shí)，Rx 也會(huì)變高，從而導(dǎo)致 VISOL 掉落并關(guān)閉 LED。（MCU的Tx和Rx邏輯與1-Wire器件的Tx和Rx邏輯相反。

因此，單個(gè)光電器件、變壓器和達(dá)拉斯半導(dǎo)體1-Wire串行鏈路在MCU和精密1-Wire溫度計(jì)之間形成隔離的傳感器接口。通過將布線和元件成本降至最低，該電路支持大批量醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用。

審核編輯：郭婷