1.8Vから5Vへの1-Wire®双方向電圧レベル変換器のリファレンスデザイン

筆者：	Stewart Merkel

Feb 19, 2010

要約：設計者は1-WireマスターIOを1.8Vで動作させるために、オープンドレインロジックを必要とします。ほとんどの1-Wireスレーブデバイスは1.8Vでは動作することができません。このアプリケーションノートでは1.8Vの1-Wireマスターから5Vの1-Wireスレーブデバイスに変換する回路のRD (リファレンスデザイン)を示します。このRDは、代表的な1-Wireスレーブデバイスを動作させるために使われます。このデザインでは電圧レベル変換器のMAX3394Eを取り上げます。

はじめに

FPGA、マイクロプロセッサ、DS2482-100、およびDS2480Bなどのデバイスは、1-Wireマスターデバイスの例です。1-Wire/iButton®スレーブデバイスはマキシムによって製造され、一般的に2.8Vから5.25Vまで動作する広範囲な製品ファミリから成ります。1-Wireマスターとスレーブデバイスは以前から伝統的な5Vオープンドレインロジックでした。

今日、設計者は1-WireマスターIOを1.8Vで動作させるためにオープンドレインロジックを必要とします。ほとんどの1-Wireスレーブデバイスが5Vで問題なく動作できる一方で、それらのほとんどのデバイスは1.8Vで動作することができません。双方向電圧レベル変換回路は、この制限を克服するために必要とされます。このRD (リファレンスデザイン)ではMaxim®のMAX3394Eを特徴とし、これらのアプリケーションのための双方向電圧レベル変換器です。

電圧レベル変換器

MAX3394Eは、3mm x 3mmの8ピンTDFNパッケージで利用できるデュアルレベル変換器です。その内蔵スルーレート強化回路の効果によって、高容量性負荷の駆動に理想的です。1-Wireスレーブデバイスはしばしば、500pFを超える容量性負荷となることがあります。MAX3394EのV_CC I/Oピンは±15kVのHBM (ヒューマンボディモデル)まで保護されており1-Wireマスターを保護します。1-Wireバスアーキテクチャはしばしば外界とインタフェイス接続されるため、HBMが不可欠です。しかし、オプションの抵抗値が低いプルアップ抵抗(R3)、そして1-WireスレーブデバイスのESD保護としてDS9503Pを追加することが推奨されます。

アプリケーション回路

図1の回路は、オープンドレインシステムで1.8V～5Vの双方向電圧レベル変換を実行するのに用いられるMAX3394Eを示しています。

図1. 1.8V～5Vへの1-Wire双方向電圧レベル変換の回路図。I/O V_LピンとI/O V_CCピンが約10kΩの内部プルアップを持つことに注意してください。

このリファレンスデザインのためのBOM (部品表)を、表1に示します。

表1. 部品表

Item	Quantity	Reference	Part	Manufacturer	Part Number
1	1	C1	1.0µF 0402	Panasonic	ECJ-0EB0J105M
2	2	C2, C3	0.1µF 0201	Panasonic	ECJ-ZEB0J104K
3	1	Q1	BSS84-7-F	Diodes, Inc/Zetex	BSS84-7-F
4	1	R1	33Ω 0201	Panasonic	ERJ-1GEJ330C
5	1	R2	10kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF1002X
6	1	R3	1kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF1001X
7	1	R4	2.2kΩ 0402	Panasonic	ERJ-2RKF2201X
8	2	CH1, CH2	TEST POINT	N/A	N/A
9	1	U1	MAX3394E	Maxim	MAX3394EETA+

計測波形/試験結果

図2～5の試験結果は、回路の評価基板より得られました。

セットアップ：

V_L = 1.8V
V_CC = 5.0V
CH1：1-Wireマスター(OW_MASTER)
CH2：DS1920 (OW_SLAVE)
OW_SLAVEワイヤ長：2.4m (max)
試験結果は、図1のオプションの強いプルアップ回路を含みませんでした。
室温測定のみ

図2. 1-Wireリセットのスコーププロットは、プレゼンスパルス振幅はわずか250mVしかなく、0.4Vの一般的な1-WireマスターV_ILの最大値より低いMAX3394Eのパフォーマンスを示します。

図3. 1-Wire書き込みのスコーププロット、1タイムスロットがクリーンtOW1 < 15µsとなっています。

図3. 1-Wire書き込みのスコーププロット、1タイムスロットがクリーンt_LOW1 < 15µsとなっています。

図4. 1-Wire書き込みのスコープスロット、0タイムスロットが60µs < t_LOW0 < 120µsとなっています。

図5. 1-Wire読み込みのスコープスロット、アクティブな1-Wireスレーブオープンドレインリターンおよび0.4Vの一般的な1-WireマスターV_IL最大限より低い0タイムスロット

結論

1.8Vから5Vへの1-Wire双方向ロジックレベル変換のためのこのRDは、一般的な1-Wireスレーブデバイスを駆動します。設計図が造られたのち試験されました。回路図、BOM、および一般的な波形が示されています。

1-WireはMaxim Integrated Products, Inc.の登録商標です。

iButtonはMaxim Integrated Products, Inc.の登録商標です。

MaximはMaxim Integrated Products, Inc.の登録商標です。

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