DS2409設計用于訪問控制探測點（即讀卡器），并降低大型1-Wire?網絡中的總線負載。該器件還用于實現雙主站網絡。目前，Maxim正在逐步淘汰DS2409，并鼓勵所有客戶規劃替代方案。本應用筆記給出了支持和工作目前使用DS2409的1-Wire網絡的替代方法。此處介紹的設計仿真不需要完全重新設計網絡。

介紹

DS2409 MicroLAN耦合器具有獨特的功能集，可用于多種專業應用。本應用筆記首先列出了DS2409的特性和應用，然后列出了可用于實現類似功能的替代電路。隨后，將更詳細地討論替代電路。

DS2409 說明

DS2409是一種特殊類型的2端口可尋址開關。該器件無需將可編程輸入/輸出（PIO）切換至高電平或低電平，而是使用傳輸柵極將其輸出端口連接到輸入的1-Wire線路。在任何給定時間，激活的1-Wire輸出不得超過一個。除1-Wire輸出外，DS2409還具有控制輸出，可與主輸出（默認）、輔助輸出連接或獨立工作。此配置通過狀態控制字節進行控制（參見數據手冊）。狀態信息字節（參見數據手冊）允許主機驗證器件配置，并檢查每個1-Wire輸出的狀態（活動或非活動）、邏輯狀態（高電平或低電平）和事件標志（設置/清除）。表 1 總結了這些功能和其他功能，并解釋了它們的優點。

DS2409需要5V VDD為操作提供。上電時，兩個1-Wire輸出均處于非活動狀態，并被拉至VDD通過內部電阻器。電源斷開短路會導致器件執行上電復位。與 VDD電源可用時，輸入1-Wire線路的短時中斷導致DS2409執行軟上電復位。當主機重新連接時，配置復位至上電默認狀態，1-Wire輸出處于非活動狀態;事件標志的狀態未定義。

表1中的功能針對三個主要應用：智能探測點、多層網絡和雙主站網絡（見Table 2）。

表 2.功能與應用程序矩陣
功能名稱	應用
	智能探測點	多層網絡	雙主站網絡
不超過一個輸出處于活動狀態	—		—
控制輸出		—	（手動模式）
事件檢測		—
條件搜索		—	—
輸出激活前復位脈沖	—		—
短路檢測			—

智能探測點

圖 1 顯示了使用 iButton? 設備作為電子鑰匙的門禁系統的拓撲結構。R1/C1組合應包含在1-Wire適配器附近。需要R1來確保DS2409在1-Wire總線中斷時執行軟上電復位。C1可防止DS2409在V電壓下阻礙1-Wire總線DD儲運損耗。

圖1.具有智能探測點的訪問控制拓撲。

探頭點（例如DS9092 iButton探頭）位于DS2409主輸出分支的二級網絡上，而不是主1-Wire總線。連接到輔助輸出的是ID芯片，例如，使用分支名稱編程的1-Wire EEPROM。在正常操作期間，所有分支都處于非活動狀態（與主總線斷開連接），而主機執行條件搜索以檢測事件。到達其中一個探測點的i按鈕設置控制分支的DS2409的事件標志。在下一個掃描周期中，主機定位DS2409并激活輔助輸出以讀取分支名稱。接下來，主機訪問相同的DS2409并激活主輸出，與剛剛到達的i按鈕通信。當主輸出處于活動狀態時，LED 亮起，向用戶確認檢測到到達。控制輸出可以接線以在軟件控制下解鎖門，而不是點亮 LED。由于Smart-On命令的短路檢測，DS2409可防止探頭短路時網絡故障。

多層網絡

對于任何網絡，重要的是在主站必須驅動的負載與服務的節點（或短臂或從站）數量之間找到最佳平衡。實現此目的的一種方法是多層拓撲（圖 2）。該圖顯示了四個層，從始終處于活動狀態的主干（第 0 層）開始。每個后續層都由切換的分支（第 1 層到第 3 層）組成。R1/C1組合應包含在1-Wire主機附近。如果建立了一條穿過DS2409器件的路徑，并且1-Wire主干線和主機之間的連接中斷，R1確保在主機重新連接時自動關閉路徑。C1可防止DS2409在V電壓下阻礙1-Wire總線DD儲運損耗。

為了有效地控制這樣的網絡，主機應該以每層每個分支上所有DS2409從站的ROM ID號的形式知道網絡的拓撲結構。要打開第 3 層上從站的路徑，如綠松石箭頭所示，主站必須發出以下命令序列：

將 ROM 與中繼上的 U1 匹配。

激活主輸出（這將打開第 1 層上兩個從站的路徑）。

在第 1 層上匹配 U3 的 ROM。

激活主輸出（這將打開第 2 層上兩個從站的路徑）。

在第 2 層上匹配 U4 的 ROM。

激活輔助輸出（這將打開連接到此輸出的第 3 層從站的路徑）。

圖2.多層網絡拓撲。

作為 V抄送DS2409在1-Wire總線上加載最大100pF（1-Wire輸入為50pF，激活輸出為50pF）。相比之下，典型的寄生供電1-Wire從機增加了800pF至1000pF的負載。在本示例拓撲中，主站必須驅動的總負載為：中繼端（50pF）上有一個DS2409，第1層有兩個DS2409（150pF，兩個輸入，一個輸出），第2層（150pF）上有兩個DS2409，所有從機都連接到U4的輔助端口（50pF +從機）。這總共是 400pF 加上從站。

根據應用要求，每個分支上可能有兩個以上的DS2409。表 3 顯示了創建的最大分支數和耦合器的相應負載。每層，分支的數量呈指數級增長，而DS2409的負載僅呈線性增長。

除了打開通往目標層的路徑的通信開銷（隨層數線性增加）之外，還需要考慮DS2409增加到路徑中的阻抗。對于主輸出，這通常為10Ω（20Ω，最大值），而輔助輸出通常為15Ω（30Ω，最大值）。非零阻抗的總體效應降低了目標層（主站到從機）上的高電平電壓，并提高了干線（從站到主站）上的低電平電壓。降低的高水平通常不是問題。但是，由于升高的低級別，不應超出第 4 層。

雙主站網絡

在某些情況下，兩個主站需要控制1-Wire網絡，例如作為備份或相互交換數據。圖3顯示了實現此目的的電路。在本例中，DS1996存儲器i按鈕用作要交換的數據包的臨時存儲器。ID 芯片是可選的。如果安裝，它們可以存儲特定于系統的數據，告訴主機它們正在訪問具有存儲緩沖區和握手邏輯的共享網絡。除了存儲器i按鈕之外，還可以有一個1-Wire從站網絡。圖1所示的R1/C1組合也推薦用于雙主站應用;它應該包括在雙方。

圖3.雙主站概念。如果不能保證相同的電壓，則從同一電源為兩個DS2409器件供電。

作為啟動條件，DS2409的主輸出和輔助輸出均處于非活動狀態。共享網絡從兩個DS2409上拉至5V，從而將有效上拉電阻降至750Ω。兩臺主機都會定期讀取DS2409的狀態信息，以了解另一臺主機是否控制了1-Wire網絡。

現在假設主機A想要訪問DS1996以向主機B發送消息。為了訪問存儲器i按鈕（DS1996），主機A首先激活U1的控制輸出，將U2的輔助輸出拉低。同時，主機 B 一直在讀取 U2 狀態信息，因此知道主機 A 已接管。接下來，主機A激活耦合器U1的主輸出，并將數據寫入內存iButton。完成寫入后，主機 A 停用 U1 的主輸出并停用控制輸出。

主機 B 仍在讀取 U2 狀態信息，意識到主機 A 已完成寫入。現在，主機B激活U2的控制輸出，將U1的輔助輸出拉低。主機 A 讀取 U1 狀態信息，因此知道主機 B 已接管。主機 B 現在激活 U2 的主輸出并從內存 i按鈕讀取消息。處理完消息后，主機 B 會向 i按鈕寫入響應。完成后，主機 B 停用 U2 的主輸出并停用控制輸出。主機 A 仍在讀取 U1 狀態信息，知道主機 B 的訪問已結束。

函數命令及其典型用法

DS2409總共可理解11個命令，實現網絡功能或控制功能。表 4 列出了這些命令，并指出了它們的用途和典型用法。這些命令按其在網絡應用程序中的重要性排序。詳情請參考DS2409數據資料。

特別有趣的是智能開啟命令（圖 4）。頂部跡線顯示了輸入1-Wire總線的通信，在本例中為智能輔助命令。第一個字節是命令代碼 33h，后跟復位激勵 FFh、復位響應（00h，= 檢測到存在脈沖）和確認字節（33h，= 無短）。中心跡線顯示輔助輸出上的活動，即復位/存在檢測（PD）周期。底部跡線顯示了控制輸出端的轉換，因為在輔助輸出激活之前主輸出被停用。確認字節后的任何通信都將傳遞到激活的輸出。僅當存在脈沖報告前面有“所有線路關閉”命令時，才是正確的。

圖4.智能輔助命令。

停用輸出的正常方法是通過“所有線路關閉”命令（圖5）。頂部跟蹤顯示命令字節 66h，后跟確認字節。當命令字節傳遞到輸出（中心跟蹤）時，確認字節不是。底部跡線顯示控制輸出，因為它隨著輸出的停用而變化。

圖5.“所有線路關閉”命令。

除了智能開啟之外，還有一個用于主輸出的直接開啟命令（圖 6）。示波器跡線看起來就像“所有行關閉”命令的鏡像。在命令代碼 A5h 之后，主輸出立即被激活（底部跟蹤）。確認字節傳遞到輸出（中心跡線）。如果使用此命令，則必須遵循復位/PD周期，以確保激活輸出上的從站與主站同步。

圖6.直接主命令。

DS2409仿真

為了仿真DS2409，需要1-Wire可尋址開關（用于數字控制和檢測）和模擬開關（用于激活或停用輸出）。使用2通道可尋址開關（例如DS2413、DS2406或DS28E04）加上一個或兩個模擬開關即可進行部分仿真。 要實現完整的仿真，需要一個5通道1-Wire可尋址開關（例如DS2408，8通道）和兩個模擬開關。重要的是，可尋址開關在所有PIO處于關斷（不導通）狀態時上電。

模擬開關必須是單刀/雙擲 （SPDT） 類型。選擇開關時，尋找5V±10%的電源電壓，導通電阻（R上）或更低，開關的所有三個節點均具有低電容（不超過50pF）。導通和關斷時間不應超過100ns。出色的內置ESD保護是可取的。根據數據手冊規格，以下模擬開關被確定為合適的：

單通道：MAX4729 （5.7Ω，最大值）、MAX4730 （5.7Ω，最大值）、MAX4644 （ 4.75Ω，最大值）

雙通道：MAX4717 （3.5Ω，最大值）、MAX4719 （25Ω，最大值）、MAX4635 （4.5Ω，最大值）、MAX4636 （4.5Ω，最大值）、MAX4750 （30Ω，最大值）

三通道：MAX4693（25Ω，典型值，40Ω，最大值;慢速開關）。

上述開關均不具有良好的ESD保護。臺架測試使用MAX4561單通道開關進行，該開關在常開和NC引腳上具有±15kV的內置ESD保護。特別是由于其高R。上MAX4561的值典型值為45Ω，DS2409仿真時不應考慮MAX4561。

電路示例

圖7所示電路為部分仿真電路，實現DS2409的一個開關1-Wire輸出和控制輸出。U1是2通道1-Wire可尋址開關，具有漏極開路PIO端口。U2 是單刀雙擲模擬開關。三個開關端子占用引腳 NO、NC 和 COM。開關由IN引腳上的數字電平控制。

在上電默認狀態下，1-Wire可尋址開關的兩個PIO均處于高阻抗狀態。電阻R2對開關的IN引腳施加邏輯高電平，導致NO引腳連接到COM。 NO引腳上的電阻R1為COM引腳上的非活動1-Wire輸出提供1.5kΩ上拉。這相當于DS2409的上電狀態。

為了激活U2的1-Wire輸出，主機將PIO-A導通，從而對U2的IN引腳施加邏輯低電平。這會導致模擬開關斷開COM與常開的連接，并將其連接到NC，即輸入的1-Wire總線。關閉PIO-A會停用1-Wire輸出。主機可以獨立于PIO-A操作PIO-B，例如，在手動模式下模擬DS2409的控制輸出，或控制另一個類似R1/R2/U2的電路。控制兩個模擬開關時，1-Wire主機必須確保激活的1-Wire輸出不超過一個。這可以通過軟件或（更安全）借助膠水邏輯完成，膠水邏輯解碼情況 PIO-A ^ /PIO-B 和/PIO-A ^ PIO-B 來控制模擬開關。PIO-B還可用于事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）。不支持輸出激活前的復位脈沖。

圖7.部分DS2409仿真電路U1可以是DS2406、DS2413或DS28E04。

DS2406 可尋址開關

圖7所示電路已使用DS2406可尋址開關進行了測試。模擬開關（MAX4561）的IN引腳連接到DS2406的PIO-B。PIO-A用作打開LED的控制輸出。PIO使用寫入狀態命令（代碼55h）進行操作，尋址存儲器位置0007h（SRAM控制位）。SRAM控制位的第6位直接訪問PIO-B通道觸發器。圖 8 顯示了輸出激活序列。頂部跡線中可見的是 CRC16 字節（1Fh、E2h），它們跟在寫入地址 0007h 的 3Fh 數據字節之后。底部跡線顯示了控制模擬開關的PIO-B轉換。在CRC16之后的復位/PD周期之前，1-Wire輸出（中心跡線）上沒有任何活動。此復位/PD未包含在圖8中。

圖 9 顯示了輸出停用序列。頂部跡線中可見的是 CRC16 字節（1Eh、12h），它們跟在寫入地址 0007h 的 7Fh 數據字節之后。底部跡線顯示了控制模擬開關的PIO-B轉換。1-Wire輸出（中心跡線）上的活動隨著PIO-B的狀態變化而結束，之后主機發出復位/PD周期。此復位/PD未包含在圖9中。

PIO不是寫入狀態寄存器，還可以使用通道訪問命令（代碼F5h）進行控制。然而，這并沒有嘗試過。另外，注意DS2406在斷電不到1分鐘后執行上電復位。相反，DS2409在電源電壓中斷或1-Wire輸入斷開（低電平）僅幾毫秒時經歷上電復位周期。DS2406的PIO處有活動鎖存器。因此，它可以支持事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）。活動鎖存器通過通道訪問命令（通道控制字節 1）清除。

圖8.使用DS2406進行部分仿真，輸出激活。

圖9.使用DS2406進行部分仿真，輸出停用。

DS2413 可尋址開關

圖7所示電路也使用DS2413可尋址開關進行了測試。模擬開關的IN引腳連接到DS2413的PIO-A。PIO-B用作打開LED的控制輸出。PIO使用PIO訪問寫入命令（代碼5Ah）進行操作。圖 10 顯示了輸出激活序列。在頂部跡線中可見的是PIO輸出數據字節（首先是真FEh，然后反轉01h），然后是AAh確認字節和新的PIO引腳狀態（3Ch）。控制模擬開關的PIO-A（底部走線）在反相的PIO輸出數據字節之后立即變化。因此，確認字節和PIO引腳狀態被傳遞到1-Wire輸出（中心跡線）。必須發出復位/PD周期，以確保激活輸出上的從機與主站同步。

圖10.使用DS2413進行部分仿真，輸出激活。

圖 11.使用DS2413進行部分仿真，輸出停用。

圖 11 顯示了輸出停用序列。在頂部跡線中可見的是PIO輸出數據字節（首先是真FFh，然后反轉00h）。確認字節和新的PIO引腳狀態（3Ch）不包括在圖片中。控制模擬開關的PIO-A（底部走線）在反相的PIO輸出數據字節之后發生變化。確認字節和PIO引腳狀態不會傳遞到1-Wire輸出（中心走線）。

注意，DS2413在斷開1-Wire總線后需要5分鐘以上才能執行上電復位。相比之下，DS2406在1分鐘內經歷上電復位周期。DS2413沒有活動鎖存器，不支持條件搜索。但是，短距離檢測是可能的（虛線）。

DS28E04 可尋址開關

DS28E04為1線EEPROM，具有兩個PIO。為了使PIO在非導通狀態下上電，POL引腳需要連接到高電平（5V）。兩個PIO的控制方式與DS2413相同。因此，圖 10 和圖 11 也適用于此處。在寄生電源模式下，DS28E04在執行上電復位之前，1-Wire總線需要不到15秒的中斷時間。DS28E04的PIO具有活動鎖存器。因此，它可以支持事件檢測（條件搜索）和短檢測（虛線）。活動閂鎖通過“重置活動閂鎖”命令清除。

全仿真（DS2408可尋址開關）

圖7所示電路如何仿真a）一個開關1-Wire輸出和控制輸出，但沒有事件/短路檢測;b） 一個帶事件/短路檢測的開關 1-Wire 輸出。限制來自 2 通道可尋址開關。要實現完整的仿真，需要五個 PIO 通道（圖 12）。

全仿真電路使用兩個模擬開關（U2、U3），由DS2408 8通道可尋址開關（U1）的PIO端口P1和P2控制。端口P2和P3連接到開關式1-Wire輸出。這允許短距離檢測和事件檢測。P4 用于仿真控制輸出。這使得 P5 到 P7 可供其他用途使用。如果需要，可以通過P5控制另一個模擬開關，從而實現第三個1-Wire輸出，P6作為短路/事件傳感器。P7與P4一起饋入解碼器（未顯示），以指示三個1-Wire輸出中的哪一個處于活動狀態。

DS2408的PIO控制方式與DS2413相同。因此，圖 10 和圖 11 也適用于此處。DS2408的條件搜索可以編程，以便在其任何PIO上發生事件時進行限定。活動閂鎖通過“重置活動閂鎖”命令清除。

與其他可尋址開關相比，DS2408需要一個外部復位信號（U4），以確保PIO在非活動狀態下上電。在寄生電源模式下，1-Wire總線中斷不到5s，DS2408執行上電復位。

靜電防護

DS2409在1-Wire輸入和兩個1-Wire輸出上具有內置ESD保護功能。因此，不需要額外的ESD保護。1-Wire可尋址開關的1-Wire輸入也是如此，但PIO引腳則不然。大多數模擬開關的引腳ESD保護非常有限。強烈建議使用額外的保護，特別是對于具有1-Wire輸入和傳出網絡連接器的節點。因此，在選擇ESD保護芯片時，請尋找那些向總線增加很少電容的芯片，例如MAX3202E/MAX3203E/MAX3204E或MAX3207E/MAX3208E系列產品。

圖 12.全DS2409仿真電路

總結

DS2409是一款非常高效的器件，可通過單個主機創建和操作大型1-Wire網絡。其他關鍵應用包括用于門禁控制的智能接入點和雙主站1-Wire網絡。DS2409正在逐步淘汰，這將給一直依賴該器件的公司帶來一些困難。本應用筆記表明，在不使用DS2409的情況下，還有其他方法可以支持相同的應用。

審核編輯：郭婷