IEEE 1451.4混合模式接口(MMI)智能變送器數(shù)字驅(qū)動(dòng)

　　圖2所示為3線電壓供電傳感器的方框圖，共用電源線。信號(hào)線專用于將變送器的模擬輸出電壓傳送到DAS。通過反轉(zhuǎn)電源線極性，二極管允許順序訪問放大器或TEDS存儲(chǔ)器。當(dāng)控制開關(guān)處于“analog”位置時(shí)，DAS電源的正電源通過上方的二極管為放大器供電。當(dāng)控制開關(guān)處于“digital”位置時(shí)，存儲(chǔ)器器件由負(fù)邏輯電源通過下方的二極管供電。

　　圖2. IEEE 1451.4 Class 1 MMI，共用電源線。

　　圖3增加了另一條線，構(gòu)成4線電壓供電傳感器，共用返回線(通常為接地通路)或屏蔽線。傳感器和TEDS存儲(chǔ)器具有獨(dú)立的電源，可同時(shí)工作。依然需要選擇模擬和數(shù)字模式的開關(guān)，以便在使用傳感器時(shí)禁用數(shù)字功能。這有助于降低共用回路壓降引起的模擬信號(hào)和數(shù)字TEDS數(shù)據(jù)之間的相互干擾噪聲。這種配置下并不需要二極管和Rt。電阻可以省略，二極管可用短路線代替。

　　圖3. IEEE 1451.4 Class 1 MMI，共用返回線。

　　TEDS存儲(chǔ)器

　　DS2430A 256位1-Wire EEPROM是典型的TEDS存儲(chǔ)芯片。由于該芯片沒有VCC引腳(即采用寄生供電)，只需要兩個(gè)引腳：IO和GND。IEEE標(biāo)準(zhǔn)第8.1.2章的方框圖未提及這些引腳名稱，而是用“+”表示IO，“-”表示GND。圖4所示為IEEE 1451.4兼容傳感器的數(shù)字部分，采用實(shí)際型號(hào)和引腳名稱。標(biāo)準(zhǔn)(第8.5章，家族碼)未對(duì)TEDS存儲(chǔ)器規(guī)定專用的家族碼。因此，允許使用DS2430A之外的2引腳1-Wire存儲(chǔ)器芯片。通用二極管1N4148可用肖特基二極管代替，其正向偏壓大約為0.3V。Rt電阻值不是特別關(guān)鍵，電路采用100kΩ測(cè)試。

　　圖4. Class 1傳感器，TEDS工作原理。

　　構(gòu)建Class 1 MMI數(shù)字驅(qū)動(dòng)器電路

　　1-Wire器件工作信號(hào)電平在空閑狀態(tài)為3V至5V (上拉電壓)，有效狀態(tài)為0V。該電壓是IO端(正端)與GND端(負(fù)端)之間的電壓。Class 1 MMI將IO引腳連接至0V，并調(diào)制存儲(chǔ)器芯片GND引腳的負(fù)壓(圖5)。與標(biāo)稱1-Wire信號(hào)電平相比，MMI信號(hào)反相，向負(fù)向平移5V。

　　圖5. 標(biāo)稱1-Wire與Class 1 MMI信號(hào)電平

　　存儲(chǔ)器芯片不能辨別、也不關(guān)心其端子電壓如何產(chǎn)生。應(yīng)答時(shí)，只是在其端口按規(guī)定的時(shí)間作用一個(gè)短路信號(hào)。“常規(guī)狀況”下，這種短路信號(hào)在IO口觀測(cè)到只是一個(gè)接近0V的電壓。對(duì)于Class 1 MMI，短路造成數(shù)字通信線上的電壓從-5V (空閑)升高至二極管壓降-VF (-0.7V)。

　　MMI驅(qū)動(dòng)器說明

　　圖6所示為MMI驅(qū)動(dòng)器電路。電路由正向通路(頂部，主控至傳感器，寫)和返回通路(底部，傳感器至主控，讀)組成。IEEE 1451.4兼容傳感器通過模擬/數(shù)字開關(guān)連接至TP4。返回通路連接至驅(qū)動(dòng)器的0V (GND)。TP2和TP6處的信號(hào)電平對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱1-Wire電平(空閑狀態(tài)為5V，有效信號(hào)電平為0V)。V+對(duì)應(yīng)于微控制器的工作電壓，范圍為3V至5V。TP2連接至微控制器的開漏輸出(寫)，TP6連接至一個(gè)輸入端口。

　　圖6. 帶有傳感器的Class 1 MMI數(shù)字驅(qū)動(dòng)器