Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak wykonać izolatory magistrali 1-Wire (działanie, schematy i montaż)?

Magistrala 1-Wire (One Wire) zdobyła dużą popularność zwłaszcza za sprawą termometru DS18B20. Podstawowa jej zaleta, czyli interfejs jednoprzewodowy, jest jednocześnie wadą, gdy zachodzi potrzeba galwanicznego oddzielenia obwodów. Rozwiązaniem problemu są opisane dalej izolatory, zapewniające separację galwaniczną.
Article Image

W rozbudowanych systemach wykorzystujących magistralę 1-Wire masa układu master i układów slave z jakichś względów może znajdować się na różnych potencjałach. Jeśli wyrównanie potencjałów jest niemożliwe, należy zastosować izolację galwaniczną. W artykule przedstawiono dwa rozwiązania izolatorów. Jeden z izolatorów wykonano według koncepcji z EP 9/2018, opisanej w artykule „HUB 1-Wire z izolacją galwaniczną”.

Jak to działa - izolatory magistrali 1-Wire?

Do izolacji galwanicznej użyto układów przeznaczonych do magistrali I2C (IIC, Two Wire), w której także linie są dwukierunkowe. Rysunek 1 pokazuje schemat ideowy wersji pierwszej. Izolator oparty jest na układzie P82B96, który sam w sobie izolacji galwanicznej nie zapewnia, ale umożliwia łatwą współpracę dwóch oddzielnych gałęzi magistrali, a to dzięki rozdzieleniu sygnału „dwukierunkowego” na dwie linie jednokierunkowe.

Rys.1 Izolatory magistrali 1-wire - schemat ideowy wersji pierwszej

W ten sposób sygnał magistrali 1-Wire zostaje rozdzielny na tor nadawczy i odbiorczy. Przedstawione oscylogramy pokazują sygnały na wyprowadzeniach magistrali. Niebieski przebieg to sygnał z hosta (pin 6 U3), zielony Tx (pin 5 U3), pomarańczowy Rx (Pin 7 U3), natomiast czerwony – sygnał na magistrali odizolowanej galwanicznie (pin 6 transoptora U6). Wygląd sygnałów reset+presence przedstawia oscylogram pokazany na rysunku 2. Sygnał jedynki logicznej – rysunek 3, a zera – rysunek 4.

Rys.2 Wygląd sygnałów reset+presence
Rys.3 Sygnał jedynki logicznej
Rys.4 Sygnał zera logicznego
Rys.5 Sygnał presence vs reset

Na rysunku 5 warto zwrócić uwagę na fragment („schodek”) oznaczony jasnoniebieską elipsą. Poziom niski wystawiany przez slave (sygnał presence) jest trochę wyższy niż wystawiany przez host (reset). Ta drobna różnica pozwala określić, czy zero pochodzi od hosta czy od slave. Rozdzielenie toru nadawczego od odbiorczego umożliwia łatwe zaimplementowanie izolacji galwanicznej z wykorzystaniem transoptorów.

Dzięki tranzystorom T1, T2, slave nie jest obciążony prądem diody w transoptorze. Ponadto rezystory w obwodzie bazy tranzystora realizują pull-up wymagany w 1-Wire. Rozwiązanie to ma dwa kanały slave całkowicie odizolowane od hosta, jak i od siebie. Magistralę Slave1 można zasilić z zewnętrznego napięcia lub przetwornicy DC/DC. Slave2 tylko z zewnętrznego napięcia, jeśli pomiędzy slave ma być izolacja galwaniczna. Jeśli izolacja nie jest wymagana, można połączyć wyprowadzenia 1 i 3 złączy J1 z J5.

Rys.6 Druga wersja izolatora jest oparta na izolatorze ADUM1250 - schemat

Druga wersja izolatora jest oparta na izolatorze ADUM1250. Jej schemat pokazany jest na rysunku 6. Ten układ także ma dwa kanały, ale izolacja jest zapewniona tylko pomiędzy hostem a obydwoma urządzeniami slave. Pomiędzy dwoma slave izolacji nie ma. Niewątpliwą zaletą tej wersji są niewielkie rozmiary, co widać na fotografiach.

Oba rozwiązania działają poprawnie zarówno ze standardową prędkością transmisji jak i overdrive, obie wspierają standard 3V3.

Montaż i uruchomienie - izolatory magistrali 1-Wire

Rys.7 Projekty płytek drukowanych - Izolatory magistrali 1-wire

Rysunek 7 pokazuje projekty obu płytek drukowanych. Montaż jest tradycyjny i nie wymaga omawiania. Urządzenia poprawnie zmontowane nie wymagają uruchamiania i działają od razu.

Wykaz elementów
R3,R10,R11,R12
4,7kΩ 1206
R1,R4, R6,R8
10kΩ 1206
R2,R, R7,R9
560Ω 1206
C1,C2,C3, C4
100nF ceramiczny 1206
U1
P82B96 SO-8
U2,U3,U6,U7
6N137 DIP8
U4,U8
NE0505S przetwornica izolowana DC/DC SIP4
U5
ADUM1250 SO-08
T1,T2
BC807 SOT-23
J3
NS25-W4P wtyk 4pin do PCB
J2,J4,J5,J6
NS25-W3P wtyk 3pin do PCB
Do pobrania
Download icon Jak wykonać izolatory magistrali 1-Wire (działanie, schematy i montaż)?
Tematyka materiału: izolatory galwaniczne, magistrala 1-Wire, termometr SD18B20
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich luty 2019
Udostępnij
UK Logo