探索DS28E18：1-Wire到I2C/SPI的橋梁

在當(dāng)今的電子設(shè)計領(lǐng)域，高效、可靠的通信接口至關(guān)重要。DS28E18作為一款獨特的通信橋接芯片，為遠程SPI或I2C傳感器的控制提供了創(chuàng)新的解決方案。下面我們就來深入了解一下這款芯片。

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一、DS28E18簡介

DS28E18是一款簡單的通信橋接器，它位于遠程SPI或I2C傳感器處，允許傳感器僅通過來自主機系統(tǒng)的兩根線進行控制。這一設(shè)計將原本SPI所需的六根線或I2C所需的四根線減少到了兩根，大大簡化了布線。這兩根線采用了Analog Devices的1-Wire協(xié)議，該協(xié)議將電源和信號整合在一根線上，并由主機微控制器的可編程I/O引腳驅(qū)動。1-Wire網(wǎng)絡(luò)支持長達100m的連接長度，可連接10個或更多的傳感器節(jié)點。

芯片內(nèi)部提供了一個512字節(jié)的命令序列器，可加載多個I2C或SPI命令。加載完成后，主機控制器發(fā)送命令來執(zhí)行序列、供電并從連接的I2C或SPI外設(shè)收集數(shù)據(jù)，后續(xù)的1-Wire命令則用于讀取收集的數(shù)據(jù)。連接的傳感器或外設(shè)的電源來自1-Wire線，這使得DS28E18成為遠程為復(fù)雜的I2C或SPI設(shè)備（如傳感器、ADC、DAC和顯示控制器）供電和控制的高效解決方案。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）通信優(yōu)勢

1. 單接觸1-Wire接口操作：能夠使用單接觸1-Wire接口操作遠程I2C或SPI設(shè)備，擴展了I2C/SPI通信距離，同時將SPI的六根線或I2C的四根線減少到兩根，簡化了布線。
2. 靈活的通信模式：支持標準（11kbps）和超速（90kbps）1-Wire通信。在作為I2C從設(shè)備的橋接器時，可在標準模式（100kHz）、快速模式（400kHz）或快速模式增強版（Fm+，1MHz）下通信；在SPI模式下，支持多種時鐘速率，最高可達2.3MHz。

   （二）功能特性

3. 512字節(jié)序列器：提供512字節(jié)的序列器，可實現(xiàn)連接設(shè)備的自主操作。
4. 可配置GPIO引腳：擁有兩個可配置的GPIO引腳，用于額外的外設(shè)控制。
5. 無需外部電源：DS28E18通過1-Wire寄生供電，I2C/SPI外設(shè)的電源也來自1-Wire線，降低了電源設(shè)計的復(fù)雜度。

   （三）其他特性

6. 易于集成：采用小型的2mm x 3mm x 0.75mm、8引腳TDFN封裝，便于在各種設(shè)計中集成。
7. 寬工作溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，適用于多種環(huán)境。
8. 穩(wěn)定的工作電壓：工作電壓范圍為2.97V至3.63V，保證了芯片的穩(wěn)定運行。

三、技術(shù)細節(jié)剖析

（一）絕對最大額定值

DS28E18的絕對最大額定值規(guī)定了其在各種條件下的極限參數(shù)。例如，任何引腳相對于GND的電壓范圍為 -0.5V至4.0V，任何引腳的最大電流為 -20mA至20mA。連續(xù)功率耗散在單層板和多層板上（TA = +70°C）均為1333.30mW，超過 +70°C時需按16.70mW/°C降額。工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲溫度范圍為 -40°C至 +125°C，焊接溫度（回流）為 +260°C。需要注意的是，超過這些絕對最大額定值可能會對設(shè)備造成永久性損壞。

（二）電氣特性

文檔詳細列出了DS28E18的各項電氣特性參數(shù)，包括1-Wire上拉電壓、上拉電阻、輸入電容、開關(guān)閾值等。例如，1-Wire上拉電壓范圍為2.97V至3.63V，上拉電阻范圍為300Ω至1000Ω。這些參數(shù)對于正確設(shè)計和使用DS28E18至關(guān)重要。

（三）引腳配置與功能

DS28E18的引腳配置清晰，每個引腳都有特定的功能。例如，IO引腳是1-Wire總線接口，為開漏引腳，需要外部上拉電阻；SENS_VDD引腳是為外部I2C/SPI傳感器/設(shè)備供電的輸出電源；GPIOA/SS#引腳在默認情況下為通用I/O，在配置為SPI主模式時用作從設(shè)備選擇引腳等。

四、1-Wire總線系統(tǒng)

（一）硬件配置

1-Wire總線是一個單總線主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備的系統(tǒng)，DS28E18作為從設(shè)備?？偩€主設(shè)備通常是微控制器。1-Wire總線只有一條線，連接到總線上的每個設(shè)備必須具有開漏或三態(tài)輸出，以確保在適當(dāng)?shù)臅r間驅(qū)動總線。DS28E18的1-Wire端口（IO引腳）為開漏輸出，具有內(nèi)部電路等效性。

（二）事務(wù)序列

訪問DS28E18的協(xié)議包括初始化、ROM功能命令、設(shè)備功能命令和事務(wù)/數(shù)據(jù)四個步驟。初始化是所有事務(wù)的開始，總線主設(shè)備發(fā)送復(fù)位脈沖，從設(shè)備發(fā)送存在脈沖，以表明DS28E18在總線上并準備好操作。ROM功能命令有七種，如搜索ROM、讀取ROM、匹配ROM等，用于識別和選擇設(shè)備。

（三）1-Wire信號與時序

1-Wire協(xié)議包括復(fù)位周期（復(fù)位脈沖和存在脈沖）、寫零、寫一和讀數(shù)據(jù)四種信號類型。總線主設(shè)備可以在標準和超速兩種速度下通信。數(shù)據(jù)通信在時間槽中進行，每個時間槽傳輸一位數(shù)據(jù)。寫時間槽將數(shù)據(jù)從1-Wire主設(shè)備傳輸?shù)綇脑O(shè)備，讀時間槽將數(shù)據(jù)從從設(shè)備傳輸?shù)?-Wire主設(shè)備。

五、設(shè)備功能命令

（一）命令啟動

命令啟動（66h）用于設(shè)備功能命令。在命令啟動字節(jié)之后，下一個字節(jié)是長度字節(jié)，指示命令和參數(shù)的長度。命令結(jié)果以類似的格式提供。在釋放字節(jié)之后，命令開始執(zhí)行，并根據(jù)命令需要提供強上拉（SPU）電源。

（二）具體命令

1. 寫序列器命令（11h）：用于將最多128字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入512字節(jié)的命令序列器SRAM中指定的地址。
2. 讀序列器命令（22h）：從512字節(jié)的命令序列器SRAM中讀取最多128字節(jié)的數(shù)據(jù)。
3. 運行序列器命令（33h）：執(zhí)行存儲在512字節(jié)命令序列器SRAM中的正確形成的序列器數(shù)據(jù)包。
4. 寫配置命令（55h）：設(shè)置設(shè)備的I2C或SPI接口。
5. 讀配置命令（6Ah）：讀取DS28E18的配置寄存器。
6. 寫GPIO配置命令（83h）：寫入GPIOA/GPIOB和SDA/SCL的配置信息。
7. 讀GPIO配置命令（7Ch）：讀取DS28E18的GPIO配置寄存器。
8. 設(shè)備狀態(tài)命令（7Ah）：讀取設(shè)備狀態(tài)信息。

六、序列器命令

（一）命令分類

序列器命令分為I2C接口、SPI接口和實用命令三類。I2C接口命令用于操作I2C總線，SPI接口命令用于操作SPI總線，實用命令用于為I2C/SPI傳感器提供處理指令的時間或從1-Wire提取電源以供電給I2C/SPI傳感器。

（二）具體命令

1. I2C接口命令：包括啟動、停止、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)等命令，用于在I2C總線上進行數(shù)據(jù)傳輸。
2. SPI接口命令：如SPI寫/讀字節(jié)、SPI寫/讀位、SS_HIGH、SS_LOW等命令，用于在SPI總線上進行數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備選擇。
3. 實用命令：如延遲、SENS_VDD開、SENS_VDD關(guān)、GPIO_CTRL寫、GPIO_CTRL讀、GPIO_BUF寫、GPIO_BUF讀等命令，用于實現(xiàn)各種輔助功能。

七、I2C與SPI協(xié)議

（一）I2C協(xié)議

I2C總線使用數(shù)據(jù)線（SDA）和時鐘信號（SCL）進行通信。數(shù)據(jù)傳輸速率在標準模式下可達100kbps，快速模式下可達400kbps，F(xiàn)m+模式下可達1Mbps。通信通過START、STOP和重復(fù)START條件進行控制，數(shù)據(jù)在SCL為高電平時保持穩(wěn)定。

（二）SPI協(xié)議

SPI是一種4線、同步串行通信總線，采用主從架構(gòu)。DS28E18作為SPI主設(shè)備，支持單個從設(shè)備選擇線，通過控制SS#引腳來選擇從設(shè)備進行通信。

八、實際應(yīng)用與注意事項

（一）典型應(yīng)用電路

文檔提供了DS28E18配置為I2C主設(shè)備和SPI主設(shè)備的典型應(yīng)用電路，為工程師的設(shè)計提供了參考。

（二）電源啟動注意事項

在電源啟動時，需要注意GPIO和I2C引腳的配置，避免出現(xiàn)中軌或浮空狀態(tài)，防止內(nèi)部撬棍電流的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^設(shè)置合適的上拉或下拉電阻來避免這種情況。

（三）超時問題

在I2C或SPI模式下，內(nèi)部主設(shè)備可能會出現(xiàn)超時情況。例如，SCL或SDA被保持在高或低電平，SS#引腳在轉(zhuǎn)換時被保持高電平，都可能導(dǎo)致超時。如果需要禁用此功能，可以聯(lián)系廠家。

DS28E18以其獨特的設(shè)計和豐富的功能，為電子工程師在遠程傳感器控制和通信方面提供了一個強大的工具。通過深入了解其技術(shù)細節(jié)和應(yīng)用注意事項，工程師們可以更好地利用這款芯片，設(shè)計出更加高效、可靠的電子系統(tǒng)。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似芯片的使用難題呢？歡迎分享交流。