探索DS28E18：1-Wire到I²C/SPI的桥梁

在当今的电子设计领域，高效、可靠的通信接口至关重要。DS28E18作为一款独特的通信桥接芯片，为远程SPI或I²C传感器的控制提供了创新的解决方案。下面我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：DS28E18.pdf

一、DS28E18简介

DS28E18是一款简单的通信桥接器，它位于远程SPI或I²C传感器处，允许传感器仅通过来自主机系统的两根线进行控制。这一设计将原本SPI所需的六根线或I²C所需的四根线减少到了两根，大大简化了布线。这两根线采用了Analog Devices的1-Wire协议，该协议将电源和信号整合在一根线上，并由主机微控制器的可编程I/O引脚驱动。1-Wire网络支持长达100m的连接长度，可连接10个或更多的传感器节点。

芯片内部提供了一个512字节的命令序列器，可加载多个I²C或SPI命令。加载完成后，主机控制器发送命令来执行序列、供电并从连接的I²C或SPI外设收集数据，后续的1-Wire命令则用于读取收集的数据。连接的传感器或外设的电源来自1-Wire线，这使得DS28E18成为远程为复杂的I²C或SPI设备（如传感器、ADC、DAC和显示控制器）供电和控制的高效解决方案。

二、关键特性与优势

（一）通信优势

1. 单接触1-Wire接口操作：能够使用单接触1-Wire接口操作远程I²C或SPI设备，扩展了I²C/SPI通信距离，同时将SPI的六根线或I²C的四根线减少到两根，简化了布线。
2. 灵活的通信模式：支持标准（11kbps）和超速（90kbps）1-Wire通信。在作为I²C从设备的桥接器时，可在标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）或快速模式增强版（Fm+，1MHz）下通信；在SPI模式下，支持多种时钟速率，最高可达2.3MHz。

   （二）功能特性

3. 512字节序列器：提供512字节的序列器，可实现连接设备的自主操作。
4. 可配置GPIO引脚：拥有两个可配置的GPIO引脚，用于额外的外设控制。
5. 无需外部电源：DS28E18通过1-Wire寄生供电，I²C/SPI外设的电源也来自1-Wire线，降低了电源设计的复杂度。

   （三）其他特性

6. 易于集成：采用小型的2mm x 3mm x 0.75mm、8引脚TDFN封装，便于在各种设计中集成。
7. 宽工作温度范围：工作温度范围为 -40°C至 +85°C，适用于多种环境。
8. 稳定的工作电压：工作电压范围为2.97V至3.63V，保证了芯片的稳定运行。

三、技术细节剖析

（一）绝对最大额定值

DS28E18的绝对最大额定值规定了其在各种条件下的极限参数。例如，任何引脚相对于GND的电压范围为 -0.5V至4.0V，任何引脚的最大电流为 -20mA至20mA。连续功率耗散在单层板和多层板上（TA = +70°C）均为1333.30mW，超过 +70°C时需按16.70mW/°C降额。工作温度范围为 -40°C至 +85°C，存储温度范围为 -40°C至 +125°C，焊接温度（回流）为 +260°C。需要注意的是，超过这些绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏。

（二）电气特性

文档详细列出了DS28E18的各项电气特性参数，包括1-Wire上拉电压、上拉电阻、输入电容、开关阈值等。例如，1-Wire上拉电压范围为2.97V至3.63V，上拉电阻范围为300Ω至1000Ω。这些参数对于正确设计和使用DS28E18至关重要。

（三）引脚配置与功能

DS28E18的引脚配置清晰，每个引脚都有特定的功能。例如，IO引脚是1-Wire总线接口，为开漏引脚，需要外部上拉电阻；SENS_VDD引脚是为外部I²C/SPI传感器/设备供电的输出电源；GPIOA/SS#引脚在默认情况下为通用I/O，在配置为SPI主模式时用作从设备选择引脚等。

四、1-Wire总线系统

（一）硬件配置

1-Wire总线是一个单总线主设备和一个或多个从设备的系统，DS28E18作为从设备。总线主设备通常是微控制器。1-Wire总线只有一条线，连接到总线上的每个设备必须具有开漏或三态输出，以确保在适当的时间驱动总线。DS28E18的1-Wire端口（IO引脚）为开漏输出，具有内部电路等效性。

（二）事务序列

访问DS28E18的协议包括初始化、ROM功能命令、设备功能命令和事务/数据四个步骤。初始化是所有事务的开始，总线主设备发送复位脉冲，从设备发送存在脉冲，以表明DS28E18在总线上并准备好操作。ROM功能命令有七种，如搜索ROM、读取ROM、匹配ROM等，用于识别和选择设备。

（三）1-Wire信号与时序

1-Wire协议包括复位周期（复位脉冲和存在脉冲）、写零、写一和读数据四种信号类型。总线主设备可以在标准和超速两种速度下通信。数据通信在时间槽中进行，每个时间槽传输一位数据。写时间槽将数据从1-Wire主设备传输到从设备，读时间槽将数据从从设备传输到1-Wire主设备。

五、设备功能命令

（一）命令启动

命令启动（66h）用于设备功能命令。在命令启动字节之后，下一个字节是长度字节，指示命令和参数的长度。命令结果以类似的格式提供。在释放字节之后，命令开始执行，并根据命令需要提供强上拉（SPU）电源。

（二）具体命令

1. 写序列器命令（11h）：用于将最多128字节的数据写入512字节的命令序列器SRAM中指定的地址。
2. 读序列器命令（22h）：从512字节的命令序列器SRAM中读取最多128字节的数据。
3. 运行序列器命令（33h）：执行存储在512字节命令序列器SRAM中的正确形成的序列器数据包。
4. 写配置命令（55h）：设置设备的I²C或SPI接口。
5. 读配置命令（6Ah）：读取DS28E18的配置寄存器。
6. 写GPIO配置命令（83h）：写入GPIOA/GPIOB和SDA/SCL的配置信息。
7. 读GPIO配置命令（7Ch）：读取DS28E18的GPIO配置寄存器。
8. 设备状态命令（7Ah）：读取设备状态信息。

六、序列器命令

（一）命令分类

序列器命令分为I²C接口、SPI接口和实用命令三类。I²C接口命令用于操作I²C总线，SPI接口命令用于操作SPI总线，实用命令用于为I²C/SPI传感器提供处理指令的时间或从1-Wire提取电源以供电给I²C/SPI传感器。

（二）具体命令

1. I²C接口命令：包括启动、停止、写数据、读数据等命令，用于在I²C总线上进行数据传输。
2. SPI接口命令：如SPI写/读字节、SPI写/读位、SS_HIGH、SS_LOW等命令，用于在SPI总线上进行数据传输和设备选择。
3. 实用命令：如延迟、SENS_VDD开、SENS_VDD关、GPIO_CTRL写、GPIO_CTRL读、GPIO_BUF写、GPIO_BUF读等命令，用于实现各种辅助功能。

七、I²C与SPI协议

（一）I²C协议

I²C总线使用数据线（SDA）和时钟信号（SCL）进行通信。数据传输速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，Fm+模式下可达1Mbps。通信通过START、STOP和重复START条件进行控制，数据在SCL为高电平时保持稳定。

（二）SPI协议

SPI是一种4线、同步串行通信总线，采用主从架构。DS28E18作为SPI主设备，支持单个从设备选择线，通过控制SS#引脚来选择从设备进行通信。

八、实际应用与注意事项

（一）典型应用电路

文档提供了DS28E18配置为I²C主设备和SPI主设备的典型应用电路，为工程师的设计提供了参考。

（二）电源启动注意事项

在电源启动时，需要注意GPIO和I²C引脚的配置，避免出现中轨或浮空状态，防止内部撬棍电流的产生。可以通过设置合适的上拉或下拉电阻来避免这种情况。

（三）超时问题

在I²C或SPI模式下，内部主设备可能会出现超时情况。例如，SCL或SDA被保持在高或低电平，SS#引脚在转换时被保持高电平，都可能导致超时。如果需要禁用此功能，可以联系厂家。

DS28E18以其独特的设计和丰富的功能，为电子工程师在远程传感器控制和通信方面提供了一个强大的工具。通过深入了解其技术细节和应用注意事项，工程师们可以更好地利用这款芯片，设计出更加高效、可靠的电子系统。大家在实际应用中有没有遇到过类似芯片的使用难题呢？欢迎分享交流。