1线寄生供电微控制器?

电器工程 微控制器 1线
2022-01-10 03:55:10

我看过 Dallas 的 1-wire 传感器,它们看起来很棒。但是,我想制作一些可以寄生供电的定制 1 线从机(仅接地 + 数据)。

谁能推荐一个适合这个的低功耗微控制器?

有没有人有我如何从 1-wire 总线为 MCU 供电的示例电路?

4个回答

单线总线在系统中被动地(即使用电阻器)上拉总线,并且设备通过下拉总线在总线上进行通信。如果我想从总线上取电,我会做的是:

  1. 将数据线直接馈入微控制器的数据输入引脚。
  2. 还将数据线馈入肖特基二极管。
  3. 在二极管的输出端将一个较大的(比如 10uF)电容器接地。
  4. 将二极管的输出发送到微控制器的 VCC 引脚。

您应该使用肖特基二极管,以尽量减少电压降。二极管/电容器的组合应该能够在不关闭 MCU 的情况下进行通信(即定期将总线接地)。将电容器放在二极管之后将使总线数据上的转换保持清晰,同时保持 MCU 的功率(电压)逐渐衰减。您使用的设备功率越低越好,以最大限度地减少电容器的消耗,但几乎任何 MCU 都可能适合您。我更喜欢 Atmel 的 AVR,但 TI MSP430 和 Microchip 的 PIC 也是低功耗的理想选择。

您可能会考虑向您的自定义从机功能添加一个请求,说“好的,我将需要大量电流一段时间”,并在您的输出中添加一个 MOSFET 上拉电阻。然后,您可以将其关闭几个周期,并查看从机是否仍允许线路被电阻上拉(如DS18S20 数据表的第 3 页图 2 所示。)很多 1-wire 设备不是t真的是1线。如果您不需要与实际的 1-wire 部件交互和/或您控制主节点,您可以定义自己的规格,这应该会使事情变得更容易。

你的工作变得更容易了,因为你的微控制器可能可以处理总线的 5V 和一直衰减到 ~2.6 之间的电压。因此,前面提到的肖特基和电容器设置应该可以工作,甚至是硅二极管。考虑以下二极管设置:

  • 硅二极管:这将是我的首选。只要您的微型和任何外围设备可以在 4.3V 下运行,您就可以将肖特基上的反向电流从几十到几百(甚至在温暖时达到毫安)降至几十纳安
  • 肖特基二极管:仅当标准二极管和肖特基之间的 0.4V 对您的应用很重要时才使用,但 100uA 左右的反向电流是可以接受的。
  • 理想二极管:如果成本不是问题(仅 1.75 美元,但比无源二极管高)并且可以接受 20uA 反向电流,请尝试 LTC4411 或类似产品。有关功耗,请参阅 MSP430 数据表。在 3V 时(使用锂离子电池而不是泄漏的超级电容器,假设您可能想要移除此设备但保留 RAM 以执行低功耗代码),您可以拥有 100na(纳安,0.1uA)休眠模式,需要外部中断(如引脚更改!)

另一种选择是在电源要求方面吝啬,并使用电池。请参阅Maxim 的应用笔记。如果您可以将 MSP430 保持在睡眠模式(即,仅在引脚更改时唤醒,例如 1 线初始化脉冲),您可以平均不到 1uA,而纽扣电池可以使用十年(理论上)。您希望设备使用多久?

使用电容储存能量,并将电容的负端接地,并在数据线和电容之间连接一个肖特基二极管。肖特基二极管具有低正向压降。

提到了 TI MSP430,我同意。我使用的MSP430F1101在 32.768kHz 晶振下运行,由 3V 供电,消耗不到 4\$\mu\$A。在 2.2V 时,它甚至会更少。

要从总线为微控制器供电,您只需要一个二极管和一个电容器。电容器缓冲总线电压,二极管防止总线上的低电平使电容器放电。选择肖特基二极管以获得最小电压降。

警告:前面是肮脏的把戏!
这个女孩不需要二极管来寄生地为她的微控制器供电,甚至似乎不需要电容器。她在 I/O 端口上使用线圈作为 RFID 天线,线圈两端的电压通过钳位二极管为设备供电。

在此处输入图像描述

包括微控制器在内的逻辑 IC 上的 I/O 引脚具有钳位二极管以防止过压。如果输入电压高于\$V_{DD}\$ + 0.5V,则功率钳位二极管将导通,过压将降至\$V_{DD}\$。Beth 滥用二极管从 I/O 的高输入电平为控制器供电。显然,她的控制器甚至在没有电容器的情况下也能继续工作。(在另一个原型上,她确实使用了电容器来保持稳定性。)