长线1-Wire网络可靠设计指南.docVIP

设计指南148 长线1-Wire网络可靠设计指南 Aug 25, 2004 摘要：1-Wire?协议设计的初衷是为相邻器件的短距离连接提供一种便利的通信方式，1-Wire还提供了一种通过微处理器单个端口增加辅助存储器的途径。在以后的应用中，1-Wire协议被扩展到网络系统，通信范围超出了电路板尺寸。本文从多个方面讨论了保证1-Wire网络可靠运行的设计指南。附录中说明了精确调整1-Wire总线接口的方法，并列举了不同条件下的1-Wire通信波形。? 概述 1-Wire协议设计的初衷是为相邻器件的短距离连接提供一种便利的通信方式，例如通过微处理器的单个端口增加辅助存储器功能。随着1-Wire器件应用的普及，1-Wire协议被扩展到网络系统，通信范围超出了电路板尺寸。1-Wire网络是器件、电缆和线路连接的复杂组合。每个网络在拓扑(布局)和硬件上通常都不相同。网络中器件(例如主机、网络电缆、1-Wire从机器件、“从机”)的正确匹配是1-Wire可靠运行的前提。当总线主机设计不当或应用不当，或者在近距离通信的主机中使用了很长的通信电缆，通常都不会得到令人满意的性能。该应用笔记给出了在不同类型、不同网络规模情况下，1-Wire网络的运行结果。它还提供了网络可靠运行的工作参数。这里讨论的有些问题对于近距离应用并不严格。例如，长度小于1米的网络。关于嵌入式1-Wire应用的讨论，请参考应用笔记4206：“为嵌入式应用选择合适的1-Wire主机”。附录A到D说明了精确调整1-Wire总线接口的方法，并列举了不同条件下的通信波形。 网络说明 本文仅限于使用5类铜缆双绞线的情况，主机提供5V总线电源为1-Wire网络供电(大部分1-Wire从机器件工作在较低的总线电压下，但大型网络在低压状态下工作性能会受到很大影响)。本文没有涉及EPROM型从机器件的编程，这些器件不推荐用于距离主机终端接口较远的场合。本文也不讨论1-Wire器件的高速运行模式，高速运行模式只适用于距离非常短的近距离通信，对1-Wire网络不适用。配合1-Wire器件使用的电缆类型、拓扑存在无数种组合。本文着重讨论与1-Wire网络有关的最普通、最典型的应用。运行1-Wire网络时超出限制或忽视本文提出的建议，都将导致网络性能不可靠。 1-Wire网络术语 两个简单术语对于描述网络性能非常关键：半径和总长。 网络的半径是指从主机到最远的从机器件之间的距离，单位是米。 网络的总长是指网络连线的总长度，单位也是米。 比如，一个有三条分支的星形网络，其分支长度分别为10m、20m和30m，那么此网络的半径就是30m (从1-Wire主机端到最远的从机器件的距离)，总长为60m (网络中导线的总长度为10m + 20m + 30m)。一般而言，网络的总长限制了电缆的上升时间，而半径确定了最慢的反射信号的周期。 从机器件的网络总长 网络能够支持的总长有限，具体取决于驱动器(1-Wire主机接口)。简单地说，这种情况可能发生在较短的电缆上挂接了很多从器件，或者是在很长的电缆上挂接了较少的从器件。从机器件(iButton?及其它1-Wire器件)也会等效地增加网络的总长。每个器件的负荷等效于增加了一小段总线长度，因此，器件的影响可以转化成与其相当的导线长度。设计网络时，必须考虑器件的等效长度。一个iButton从器件通常比一个焊接在组件上的从器件所表现出的等效长度长。iButton的等效线长大约为1m，而iButton以外的从机器件的等效线长大约是0.5m。这就意味着如果在网络中连入100个iButton器件，将会使网络的总长增加100m，因此，为保证网络功能，允许使用的电缆总长度会降低100m。电路板布线、连接器和ESD保护器件也等效于增加了网络的总长度。尽管总长度受许多因素的影响，但电容无疑是影响最严重的因素。通常，ESD电路和PCB引线等效增加的总长度与它们的电容有关，系数为24pF/m。也就是说，一个等效于24pF电容的电路板引线或器件在1-Wire总线上增加的总长度大约为0.5m。 1-Wire网络拓扑 尽管1-Wire网络在结构上为“自由形态”，但根据1-Wire从机器件的分布和电缆的互联结构，常常可以将其归结为某种通用的网络结构。 直线拓扑：1-Wire总线为一对双绞线，始于主机、延伸到最远的从机器件。其它从机器件沿线挂接在总线上，而没有明显的( 3m)分支或“叉头”。 树型拓扑：1-Wire总线是一根单一的主线，始于主机、延伸到最远的从机器件。其它从机器件通过长度为3m甚至更长的支路或分叉线连在主线上。 星形拓扑：1-Wire总线在主机端或其附近分叉，延伸到长度不同的多个分支的末端，从机器件