为5V 1-Wire®从器件提供过压保护

摘要：如果应用中是在完成系统部署后写入EPROM器件，此时需要对5V器件提供过压保护。本文介绍如何在同一总线上使用1-Wire EPROM和5V 1-Wire器件，以及如何保护5V器件不受编程脉冲的冲击。

引言

大多数1-Wire器件工作在2.8V至5.25V VPUP，进行读、写操作。EPROM器件(包括DS2406、DS2502、DS1982、DS2505和DS1985)需要12V编程脉冲进行写操作。而编程脉冲对于不能承受5.5V以上电压的器件构成了过压威胁。因此，如果应用中需要在完成系统部署之后写入EPROM器件，则要对5V器件进行保护(图1)。本文电路具有高达40V的正向过压保护，在电压高于12V EPROM编程脉冲的条件下提供系统防护。

图1. 包含5V和12V器件的1-Wire总线。

保护电路要求

合适的保护电路需要满足以下几项要求：
•对1-Wire总线形成非常低的负载
•不妨碍1-Wire EPROM编程
•适当保护5V 1-Wire器件
•维持完整的通信信号幅值

此外，最好采用常用的低成本元件构建保护电路。

基本原理

图2所示为非常简单的保护电路。齐纳二极管U1限制Q1的栅极电压，R1限制通过U1的电流。Q1为n沟道MOSFET，配制成源极跟随器，栅极电压减去一个小的偏移电压后达到1-Wire从器件的IO电压。为维持完整的通信信号幅值，偏移电压应尽可能低。具有负偏压的耗尽型MOSFET非常适合这一应用。对Supertex® DN3135进行测试，测得其偏压为-1.84V (数据资料参数VGS(OFF))。由此，要求栅极电压VG为3.16V, 决定了U1的门限电压。

图2. 保护电路原理图。

不幸的是，晶体管的偏移电压随器件、温度的不同而变化。“-1.84V”电压可能变化成-3.5V至室温下-1.5V之间的任何值。这种变化使得很难找到合适的齐纳二极管。此外，低压齐纳二极管指标通常为5mA下的指标，该电流将会影响1-Wire EPROM的编程电压。例如，如果工作于100μA，压降则远远低于规定门限。此时，可能选择并联型基准(与齐纳二极管非常相似)更合适，可以在电流非常小的条件下达到门限电压。例如，3.3V供电的Maxim LM4040，只需67μA电流就能可靠地达到反向击穿电压。根据1-Wire总线在5V时达到67μA电流的要求，可计算得到：R1 = (5V - 3.3V)/67μA = 25.4kΩ。1-Wire总线上大约10个从器件消耗的电流为67μA，这是1-Wire主控器件(例如DS2480B)可以接受的。现在，我们检查12V编程脉冲器件通过R1的电流：

I(R1) = (12V - 3.3V)/25.4kΩ = 343µA (式1)

1-Wire EPROM的编程电流规定为10mA。额外增加1/3mA的负载不会产生任何问题。因此，图2所示电路在MOSFET偏移电压接近-1.8V时能够工作，但并不保证如此。实际应用中，最好提供可调节门限的保护电路。

利用电流源实现可调节门限

图3电路使用电流源(U1)设置Q1的最大栅极电压。理想电流源所提供的电流不受其两端电压的影响。给定电流IOUT时，可通过选择不同的R1调节栅极电压。

图3. 利用电流源改进保护电路