摘要

DS2409的设计初衷是将其用做门禁控制的探测点(即读取头)以及用来减少大型1-Wire®网络中总线上的负载。DS2409也被用来实现双主机网络。但目前Maxim已经决定停止生产DS2409并鼓励所有使用DS2409的客户实施相应的设计改进以应对这个情况。这篇应用笔记介绍了使用DS2409的1-Wire网络系统的替代方案，这些方案并不要求对现有的网络进行重新设计。

概述

得益于DS2409 MicroLAN耦合器的独特设计，它可以被用于实现多种特殊应用。本文首先列出了DS2409的特性和应用，接着介绍了可以实现相同功能的替代电路。最后本文对这些替代电路做了详细讨论。

DS2409特性描述

DS2409是一个特殊类型的2端口可寻址开关器件。与向传统的可编程输入/输出口(PIO)输出高、低电平不同，这个器件通过传输门来将其输出通道与作为其输入的1-Wire总线连接。在任何时刻，只有一个1-Wire输出通道有效。除了1-Wire输出通道以外，DS2409还有一个可控输出通道，该输出通道可以配合主输出通道使用(默认方式)，也可配合辅助输出通道使用，还可以独立使用。这些功能的切换是通过控制状态控制字节来完成的(参见DS2409数据资料)。状态信息字节(参见DS2409数据资料)允许主机确认设备配置状况、检查器件工作状态(使用或非使用状态)、确认每个1-Wire输出的逻辑状态(高或者低)、事件标志位(置位/清零)。表1总结了DS2409的这些特性以及这些特性带来的便利。

表1. DS2409特性及优势

表1列出的特性主要面向下列3种应用：智能探测点、多层网络、双主机网络(参见表2)。

表2. 特性及其应用

特性名称	应用
	智能探测点	多层网络	双主机网络
任何时刻只有一个有效输出通道	—		—
可控输出		—	(手动模式)
事件检测		—
条件搜索		—	—
输出有效前输出复位信号	—		—
短路检测			—

智能探测点

图1所示框图是将iButton®作为电子钥匙的门禁系统。R1/C1应尽量靠近1-Wire适配器安装。R1的作用在于当1-Wire总线中断时，DS2409可以实现一个软复位。C1在V_DD过冲时可以避免DS2409阻塞1-Wire总线。

图1. 带智能探测点的门禁控制系统拓扑

除了主1-Wire总线外，探测点(如DS9092 iButton探头)位于DS2409主输出端分支二级网络上。与辅助输出口相连接的是一个ID芯片，比如一个1-Wire EEPROM器件，这个器件中存储了分支名称。正常工作情况下，所有分支都处于禁止状态(即与主1-Wire总线断开)，与此同时主机在进行条件搜索，检测事件是否发生。当一个iButton连接到探测点时，将该分支上的DS2409事件标志位置位。在下一个扫描周期中，主机将定位于该DS2409并使能辅助输出通道，以读取分支名称。接下来，主机将访问相同的DS2409并且使能主输出通道，以访问接入系统的iButton。当主输出通道进入工作状态后，点亮LED，指示用户已检测到器件连接。如果不需要点亮LED，控制输出可以连接到一个门锁，软件控制打开/关闭。由于Smart-On命令具有短路检测功能，DS2409可以防止探测点短路所引起的网络故障。

多层网络

对于任何网络，找到主机驱动负载和节点(或分支、从机)数量间的最佳平衡非常重要。达到这个目的一种方式是网路分层(参见图2)。图中展示了一个4层网络，从始终保持有效状态的主干开始(第0层)，每个子层都包含开关分支(第1层到第3层)。R1/C1应靠近1-Wire主机。如果通过1个或多个DS2409在1-Wire主干层和子层构建多层网络，R1将保证主机再度连接时自动关断通路。C1在V_DD过冲时避免DS2409阻塞1-Wire总线。

为了有效控制这种网络，主机应当了解每层各个分支DS2409从机的ROM ID，以识别网络拓扑。为了打开第3层从机的通路(如箭头所示)，主机应执行下列命令：

• 对主干U1执行Match ROM命令。
• 使能主输出通道(该操作将打开第1层两个从器件的通路)。
• 对第1层U3执行Match ROM命令。
• 使能主输出通道(该操作将打开第2层的两个从器件通路)。
• 对第2层U4执行Match ROM命令。
• 打开辅助输出通道(该操作将打开第3层连接至该输出的从器件通路)。

由于采用V_CC供电，DS2409的最大1-Wire总线负载是100pF (50pF来自1-Wire总线输入，50pF来自输出)，而典型的寄生供电1-Wire器件总线负载为800pF至1000pF。在示例拓扑中，主机所要驱动的总负载是：主干网上的DS2409 (50pF)、第1层的两个DS2409 (150pF，2个输入、1个输出)、第2层的两个DS2409 (150pF)，连接在U4辅助输出通道的所有从器件(50pF加上从机负载)。因此总负载是400pF加上从机负载。

根据应用需求，在每个分支可以挂接多于2个DS2409，表3列出了最大分支数目以及相应的来自于耦合器的负载。层与层之间，分支数目呈指数方式增长，然而来自DS2409的负载则呈线性增长。

表3. 多层分支数与DS2409负载

双主机网络

在应用中存在需要双主机控制1-Wire总线的情况，例如，需要一个备份主机或者两台主机相互通信的情况。图3是实现双主机的示意图，在这个例子中，DS1996存储器iButton用作数据交换时的暂存器，可选择ID芯片，如果已安装，则可存储与系统相关的信息，告知主机它们正在访问一个共享网络，该网络同时带有数据缓冲功能和握手逻辑。除了存储器iButton外，同样可以存在一个1-Wire从机构成的网络。建议在双主机网络中同样使用图1所示的R1/C1组合，将R1/C1应用于2个主机侧。

图3. 双主机，如果不能保证相同电压，则由同一电源为两个DS2409供电

作为起点，DS2409的主输出和辅助输出通道都处于禁止状态。公共网络都从DS2409上拉到5V，等效上拉电阻降低到750Ω。两台主机都定期读取DS2409信息，以确定另一个主机是否已经接管了1-Wire总线网络。

假定主机A访问DS1996，向主机B传送数据。为了访问存储器iButton (DS1996)，主机A首先打开U1的可控输出，这将把U2的辅助输出拉低。同时，主机B已经读到了U2的状态信息，因此它知道主机A已经接管总线。接下来主机A打开耦合器U1的主输出，并且向存储器iButton写入数据，这些操作结束后，主机A关闭U1的主输出并且关闭控制输出。

主机B仍然在读取U2的状态信息，并检测到主机A已经完成了写操作。此时主机B打开U2的控制输出，这将把U1的辅助输出拉低。主机A读到U1的状态信息并且知道主机B已经接管总线。这时主机B打开主输出通道，并从存储器iButton中读回数据。完成信息处理后，主机B向iButton写入一个回应信息。在这个操作结束后，主机B关闭U2的主输出并关闭控制输出。由于主机A仍在读取U1的状态信息，能够了解到主机B对总线的访问已经结束。

功能命令及其典型用法

DS2409总共有11条命令，这些命令实现网络控制功能。表4列出了这些命令并阐述了它们的典型用法。这些命令按照它们在网络应用中的重要性排序。详细信息请参阅DS2409数据资料。

表4. DS2409功能命令及其典型用法

图4. Smart-On Auxiliary命令

关闭输出通道通常采用All Lines Off命令(图5)。图中顶部的波形是命令字节66h，之后是确认字节。命令字节通过输出通道输出(中间波形)，但确认字节没有从通道输入。底部波形表示当关闭输出时，可控通道电平的跳变。

图5. All Lines Off命令

除Smart-On命令外，对于主输出通道还有Direct-On命令(图6)。示波器上的波形如同All Lines Off命令的镜像。在命令码A5h之后，主输出通道打开(底部波形)。确认字节从输出通道输出(中间波形)。如果使用了这个命令，必须产生一个复位/应答周期，以保证打开通道上的从机与主机同步。

图6. Direct-On Main命令

DS2409替代方案

为了替代DS2409，用户应当使用1-Wire可寻址开关(用于数字控制和检测)和模拟开关(开通或关闭输出)。用1个双通道可寻址开关(如DS2413、DS2406或DS28E04)和一路或两路模拟开关，可以部分替代DS2409。完全替代器件则需要一个5通道1-Wire可寻址开关(如DS2408，8通道)和两路模拟开关。需要注意的是，可寻址开关上电后所有PIO都处于断开(不导通)状态。

模拟开关必须为单刀双掷(SPDT)，应选择供电电压为5V ±10%的开关器件，导通电阻(R_ON)小于等于30Ω，三个开关节点的电容应不大于50pF，开关时间小于100ns。如果内置高ESD保护则更加理想。基于上述考虑，可以选择下列模拟开关：

• 单通道：MAX4729 (5.7Ω，最大值)、MAX4730 (5.7Ω，最大值)、MAX4644 (4.75Ω，最大值)
• 双通道：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、低速切换)

示例电路

图7所示电路是部分替代电路，实现DS2409的1-Wire输出切换和输出控制。U1为2通道1-Wire可寻址开关(带开漏PIO)；U2是一个单刀双掷模拟开关，3个开关触点对应NO、NC和COM引脚。开关受IN引脚的数字输入电平控制。

上电默认状态下，所有1-Wire可寻址开关的PIO都处于高阻状态。通过电阻R2在开关的IN引脚作用一个高电平，使NO引脚连接到COM端。NO引脚通过1.5kΩ上拉电阻R1连接至COM引脚的无效1-Wire输出端。这些配置等效于DS2409的上电状态。

为了打开U2上的1-Wire输出，主机将PIO-A打开，如同在U2的IN引脚作用一个低电平。使模拟开关的COM端从NO切向NC，接通1-Wire总线。将PIO-A关闭，则关闭1-Wire输出。主机也可以对PIO-B进行独立于PIO-A的操作，如替代DS2409手动模式下的控制输出或用来控制其它类似R1/R2/U2的电路。控制两个模拟开关时，1-Wire主机必须保证只有一个1-Wire输出通道打开。这些可以通过软件实现，也可以通过更安全的连接逻辑完成，即通过PIO-A ^ /PIO-B和/PIO-A ^ PIO-B组合逻辑控制模拟开关。PIO-B也可以用于事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。但不可模拟输出有效前发出一个复位脉冲的情况。

图7. DS2409部分替代电路，U1可以选用DS2406、DS2413或DS28E04

DS2406可寻址开关

图7所示电路已经用DS2406可寻址开关进行测试。模拟开关(MAX4561)的IN引脚连接到DS2406的PIO-B。PIO-A用来控制输出，开启LED。通过Write Status命令(代码55h)控制存储器0007h (SRAM控制位)操作PIO，该SRAM控制位的第6位直接控制PIO-B通道的状态。图8显示了输出使能过程，图中顶部波形图是CRC16字节(1Fh，E2h)，跟随在0007h单元写入的3Fh数据字节之后。底部波形是PIO-B的跳变波形，控制模拟开关。在CRC16字节之后的复位/应答周期结束之前，不会出现1-Wire总线输出波形(中间波形)。图8并未显示复位/应答周期。

图9显示了关闭输出的过程，顶部波形是跟随在写入0007h单元的7Fh数据字节之后的CRC16字节(1Eh，12h)；底部波形是控制模拟开关的PIO-B的跳变波形；PIO-B状态转变后，1-Wire输出(中间波形)终止，然后主机发出复位/应答脉冲。图9并未显示复位/应答周期。

除了向状态寄存器写入命令以改变PIO状态外，PIO还可以由Channel Access命令(代码F5h)控制，但本文没有介绍该操作。另请注意，DS2406在断电后不到1分钟之内执行了一次上电复位操作。而DS2409在断电后或1-Wire输入断开(低电平)大约几个毫秒后执行上电复位操作。DS2406将锁存其PIO状态，由此，该器件支持事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。通过Channel Access命令清除闭锁状态(通道控制字节1)。

图8. 利用DS2406进行部分替代，输出有效

图9. 利用DS2406进行部分替代，输出禁止

DS2413可寻址开关

按照图7所示电路对DS2413可寻址开关进行了测试。模拟开关的IN引脚与DS2413的PIO-A连接。PIO-B用于控制输出，点亮LED。通过PIO Access Write命令(代码5Ah)实现PIO的操作，图10所示为输出使能过程。顶部波形是PIO输出数据字节(第一个是原码FEh，随后是反码01h)，然后是AAh确认字节，以及新的PIO引脚状态(3Ch)。PIO-A (底部波形)用于控制模拟开关，其状态在PIO输出数据字节的反码之后发生改变。因此，确认字节和PIO引脚状态在1-Wire输出通道出现(中间波形)。为了确保总线的从机与主机同步，主机必须发出复位/应答脉冲。

图10. 利用DS2413进行部分替代，输出有效

图11. 利用DS2413进行部分替代，输出禁止

图11所示为输出禁止波形。顶部波形是PIO输出数据字节(第一个是原码FFh，随后是反码00h)。确认字节和新的PIO引脚状态(3Ch)并未在图中表示出来。PIO-A (底部波形)用于控制模拟开关，其状态在PIO输出数据字节的反码之后发生改变。确认字节和PIO引脚状态没有通过1-Wire输出(中间波形)。

请注意，DS2413与1-Wire总线断开5分钟后，执行一次上电复位。而DS2406在1分钟内即进行上电复位。DS2413并不锁存引脚状态，因此它不支持条件搜索，但可以实现短路检测(虚线)。

DS28E04可寻址开关

DS28E04是带有2个PIO的1-Wire EEPROM。PIO上电时处于非导通状态，POL引脚需要接高电平(5V)。两个PIO的控制方式与DS2413相同，因此图10和图11也适合这种情况。寄生供电模式下，通过一个低于15s的1-Wire总线低电平使DS28E04进入上电复位。DS28E04具有PIO状态锁存功能，因此，它支持事件检测(条件搜索)和短路检测(虚线)。通过Reset Activity Latches命令清除锁存。

全面替代(DS2408可寻址开关)

图7所示的电路用于替代：a) 一路1-Wire开关输出和控制输出，但不支持事件/短路检测；b) 一个带事件/短路检测的1-Wire开关输出。这限制了2路可寻址开关的选择。为了全面替代器件，需要5个PIO通道(图12)。

全面替代电路采用两个模拟开关(U2、U3)，开关受控于DS2408 8通道可寻址开关(U1)的PIO端口P1和P2。P2、P3口连接在1-Wire开关输出通道，支持短路和事件检测。P4用来替代控制输出。P5至P7留作它用。必要时，可以利用P5控制另一个模拟开关。从而获得第三路1-Wire输出，通过P6支持短路/事件检测。P7和P4用来指示三个1-Wire通道的哪个通道处于有效状态。

按照与DS2413相同的方式控制DS2408的PIO，因此图10、图11仍然适合这里的应用。可编程DS2408的条件搜索，在其PIO引脚检验是否发生事件。通过Reset Activity Latches命令清除锁存。

与其它可寻址开关不同，DS2408需要一个外部复位信号(U4)来保证PIO在上电后处于非导通状态。寄生供电模式下，1-Wire总线上一个短于5s的低电平将使DS2408进入上电复位状态。

ESD保护

DS2409在1-Wire输入和两路1-Wire输出通道都内置了ESD保护，不再需要额外的ESD保护机制。1-Wire可寻址开关的1-Wire输入通道同样具有ESD保护，但其PIO引脚都未加ESD保护。多数模拟开关的ESD保护都很有限，建议增加ESD保护电路，特别是对于连接1-Wire输入和输出通道的引脚。在选择ESD保护器件时，应选择电容较小的器件，符合这类条件的ESD保护器件有：MAX3202E/MAX3203E/MAX3204E或MAX3207E/MAX3208E系列。

图12. DS2409全面替代电路

总结

DS2409对于构建单主机大型1-Wire网络非常有效。其它的应用包括：门禁控制和双主机1-Wire网络的智能接入点。但是，DS2409已进入停产阶段，这会给一些用户造成麻烦。本文重点介绍了支持同样应用的一些DS2409替代方案。