为5V 1-Wire从器件提供过压保护

VBG= IE× R2 + VEB

(式3)

对于通用pnp晶体管，例如2N3906，VEB在室温及低集电极电流下的典型值为0.6V。已知VBG为1.235V，所以该式可分解为：

R2 = (VBG- VEB)/IE= (1.235V - 0.6V)/IE= 0.635V/IE

(式4)

为了达到与PSSI2021SAY电路相同的标称电流(76.7μA)，计算得到R2为8.2kΩ。Q1与图2相同时，VG必须为3.2V。忽略Q2的基极电流，IC等于IE。可计算R1：

R1 = VG/IC= 3.2V/76.7μA = 41.7kΩ

(式5)

为降低1-Wire主控的总体负载，需降低电流源的输出电流，将R1和R2增大4倍(R2 = 33kΩ，R1 = 160kΩ)，使电流降至19μA，形成的最大栅极电压为3.08V。实际应用中，需要调节R1，以补偿MOSFET的VGS(OFF)容差。如果1- Wire从器件的电压严格匹配V(IO)，则认为找到了合适的数值。

用National Semiconductor?的LM385代替Linear Technology?的LT1004 (市场上不常见)，对图7电路进行测试。1-Wire适配器为Maxim DS9097U-E25。图8和图9所示为1-Wire适配器信号(上部曲线)和受保护从器件的信号(下部曲线)。编程脉冲(图9)在从器件上产生约10μs的尖峰(2V上升，1.5V下降)。该电路与图4相比，能够获得更好的性能。编程脉冲期间，受保护从器件的电压仅上升至5V电平。


图8. 没有C1时的通信波形：适配器信号(上部)、受保护从器件(下部)。


图9. 没有C1时的编程脉冲：适配器信号(上部)、受保护从器件(下部)。

为了减小编程脉冲引起的尖峰，安装100pF C1。图10和图11为测试结果。通信波形发生轻微失真。尖峰幅值减小(1.4V上升，1.2V下降)。相对于图9，电压不会低于3V。Q1源极至GND之间的5.1V低功耗齐纳二极管，例如BZX84，可箝位上升尖峰，但不影响下降尖峰。


图10. 安装C1时的通信波形：适配器信号(上部)、受保护从器件(下部)。


图11. 安装C1。编程脉冲：适配器信号(下部)、受保护从器件(上部)。

保护门限

图7电路可承受的IO与GND之间的最大电压由以下因素决定：

• U1的最大安全电流
• Q 2的VCE击穿电压
• Q1的VGD和VDS击穿电压

LT1004 (U1)的最大电流为20mA，2N3906 (Q2)的击穿电压为40V，Q1击穿电压为350V。受限制的元件为Q2。40V时，通过U1的电流为143μA，远远低于20mA限值。

总结

如果能够保护5V器件不受编程脉冲的冲击，则可以在同一总线上使用1-Wire EPROM和5V 1-Wire器件。图2所示简单保护电路一定条件下可以起到保护作用，但MOSFET的栅极至源极关断电压的变化范围很宽，所以并非最佳选择，需要采用“匹配”的晶体管和并联基准。图4所示电路可调节补偿MOSFET的容限，但对1-Wire主控器件形成了较大负载。由于PSSI2021SAY耐压高达75V，该电路具有高达75V的保护能力。图7所示电路的功能类似于图4，但可获得更好的性能，对1-Wire主控器件形成的负载也低得多。其保护电压为40V，受限于Q2。通过选择具有较高VCE击穿电压的晶体管，可提高保护水平。