要約：このアプリケーションノートでは、1-Wire技術の概要、その通信概念、および特異なパッケージオプション(ピン数が少ないという利点を持つ)について説明します。主要な項では、1-Wireデバイスを機能別に取り上げて、またその代表的なアプリケーションについて説明しています。最後にこのアプリケーションノートでは、1-Wireデバイスの評価方法に関して実際に役立つ情報を示し、デバイスのカスタマイズオプションについて説明し、さらに1-Wire技術をシステムに組み込もうとするお客様に役立つ参考資料を挙げています。 1-Wire技術とは 1-Wire技術の基本は、通信用に1本のデータラインとグランド基準を使用するシリアルプロトコルです。1-Wireのマスタは、1つまたは複数の1-Wireスレーブデバイスが1-Wireバス上にある状態で通信を開始して制御します(図1)。各1-Wireスレーブデバイスには、固有で変更不能な工場でプログラムされた64ビットのID (識別番号)が備わっています。このIDは、1-Wireバス上でのデバイスアドレスとしての機能を果たします。64ビットIDのサブセットである8ビットのファミリコードは、デバイスのタイプと機能を特定します。通常、1-Wireスレーブデバイスは、2.8V (min)～5.25V (max)の電圧範囲にわたって動作します。ほとんどの1-Wireデバイスには電源供給用のピンはありません。つまり、デバイスは1-Wireバスからエネルギーを得るということです(寄生電源)。 図1. 1-Wireのマスタ/スレーブ構成は、1本のデータラインとグランド基準を使用 1-Wireのどこが特別か 1-Wireは、2つの接点(データとグランド)で動作する、半二重双方向通信のための、唯一の電圧ベースのディジタルシステムです。I²CやSPI™などの他のシリアル通信システムとは異なり、1-Wireデバイスは接点環境で使用するように設計されています。1-Wireバスから切り離すと、あるいは接点が外れると、1-Wireスレーブは定義されたリセット状態になります。電圧が戻ると、スレーブはウェイクアップし、その存在を通知します。保護用の1つの接点だけで、1-Wireデバイスに内蔵のESD保護がその優れた機能を発揮します。2つの接点によって、1-Wireデバイスは、最も経済的な方法で非電気的な対象物に電子機能を加えることが可能で、識別、認証、およびキャリブレーションデータや製造情報の配信が可能になります。 1-Wireデバイスのパッケージ方法 1-Wireデバイスは、従来型のトランジスタ(TO-92)とICパッケージ(TSOC、SOIC、SOT23)で提供されています。接点を利用して簡単に取り付けられるように設計された2接点SFN1パッケージは、寄生電源型の1-Wireデバイスに対応しています(図2)。16mm径のステンレス鋼のiButton®2パッケージによって過酷な環境から1-Wireデバイスを保護しており、屋内でも屋外でも最適に使用することができます(図3)。フリップチップ(図4)やUCSP™3 (図5)の形態でも多くのデバイスが提供されています。 図2. 6.0mm x 6.0mm x 0.9mmのSFNパッケージには、広い接触面積があります。 図3. 16mm径のiButtonパッケージによって1-Wireチップの内部を過酷な環境から保護します。 図4. フリップチップDS2502パッケージ(1.6mm x 0.91mm)には2つの矩形接点があります。 図5. DS2431用のUCSPパッケージ(1.68mm x 1.68mm)には、球形の接点が0.5mmピッチで格子状に配置されています。 利用可能なデバイスの機能はどのようなものですか。 代表的なアプリケーションは何ですか。 現時点で、約40の1-Wireデバイスがあります。これには、存続間際のデバイスも含まれます。ここに挙げた品名は、標準生産として近い将来に予定されているデバイスだけです。DS19で始まる型番は必ずiButtonです。この項におけるその他の品名、すなわちDS24、DS25、およびDS28で始まる型番は、従来型のプラスチックパッケージです。SFNまたはフリップチップ/UCSPとしても提供可能な製品は、注記の欄にその旨を記載しています。デバイスの最新のパッケージ情報をお知りになりたい場合は、マキシムのウェブサイトをご覧いただいて、型番の検索フィールドにその型番を入力してください。 1-Wireデバイスは、以下に示すように、その機能によっていくつかのカテゴリに分類されます。 識別のみ 識別プラス制御 識別プラス温度 識別プラス時間 識別プラスNV SRAM 識別プラス(ワンタイムプログラムの可能な) OTP EPROM 識別プラスEEPROM 識別プラスSHA-1セキュアEEPROM 識別プラスロギング 追加のリソースを組み合わせることで、デバイスの代表的なアプリケーション領域が決まります。実際的な理由でここには記載することはできませんが、その他にも数多くのアプリケーションがあります。 識別のみ このカテゴリのデバイスは、低コストという点で注目に値するものです。したがって、提供可能な保護のレベルは限られています。知的財産(IP)の保護にDS2401またはDS2411を使用する場合は、カスタマイズしたバージョンのデバイスを使用することを検討してください。詳細については、｢カスタマイズしたデバイスはありますか｣の項を参照してください。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2401 DS2401はフリップチップとしても提供されています。DS2401はVCC電源が不要なため、プリンタカートリッジや医療消耗品の識別にも適しています。 プリント基板(PCB)の識別と認証 アクセサリ/周辺機器の識別 IPの保護 家庭用電化製品 DS2411 VCC電源、1.5V以上 DS1990A DS1990R DS1990Rは、リーダに接触してプレゼンスパルスを生成することが保証されます。 プリンタカートリッジの識別 アクセス制御 資産管理 識別プラス制御 この製品のアプリケーションは上記のデバイスとよく似ています。ただしPIOによって、制御またはフィードバックの機能がシステムに追加されます。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2413 2つの28V PIO プリンタカートリッジや医療消耗品の識別 ラックカードの管理 アクセサリ/周辺機器の識別と管理 DS2450 4つの5V ADC入力。これはディジタルPIOとしても機能します。このデバイスはVCCで駆動することができます。 家庭用電化製品 識別プラス温度 大型の電子機器(ラック)で、信頼性のある動作を確保するためには、適正な冷却/気流が重要となります。DS28EA00は、そのチェーン機能4を用いて独自な方法で問題を解決しています。これによって、1-Wireバス上のデバイスの物理的なシーケンスを検出することができるようになります。シーケンス検出用に配線するときには、2つのPIOのうちの1つを制御機能で利用することができます。 品名 注 代表的なアプリケーション DS28EA00 シーケンス検出用に配線しない場合は、2つのPIOを制御機能に利用することができます。 ラックカードのモニタリング DS1920 このスタンドアロンのデバイスはコマンドで温度を測定します(たとえばリーダがデバイスに接触したとき)。 接触時の温度データの収集 識別プラス時間 このデバイスは、32ビットのバイナリカウンタ5を使用して秒数をカウントすることで時間を測定します。0時間基準点(1970年1月1日、時刻00:00:00 UTC)がわかれば、136年以内の時刻を秒で特定することができます。秒数のカウントは、時間の間隔を測定する場合に特に便利です。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2417 DS2417はフリップチップとしても提供されています。周期的なタイマ割込み、6pF 32KHzの水晶が必要です。 家庭用電化製品 DS1904L このスタンドアロンのiButtonにはバッテリと水晶が含まれています。このデバイスは、巡回管理および勤怠管理アプリケーションにも適しています。 識別プラスNV SRAM このカテゴリのデバイスの中で、DS1963Sが極めて独自なデバイスです。メモリの他に、SHA-1エンジン、8つの64ビットのシークレット、16の32ビット書込みサイクルカウンタ、および1つの32ビット擬似乱数発生器が搭載されています。4Kbのメモリを制限なく読書きすることができますが、8～15ページのデータ、あるいはシークレットのいずれか1つを変更すると、それに付随する書込みサイクルカウンタがインクリメントされます。DS1963Sは、設計によって、電子マネーアプリケーションのセキュアトークンとして機能することが可能で、またSHA-1セキュアEEPROMで使用するためのSHA-1コプロセッサ6として機能することができます。セキュリティは、SHA-1 MAC (メッセージ認証コード)をデータページに埋め込むことで達成することができます。DS1963Sは、PCBの認証またはIPの保護のために使用するとき、SHA-1セキュアEEPROMの検証、あるいは単純なメモリデバイス(たとえば、NV SRAM、EPROM、EEPROM)から内蔵MACを読み取ったデータの検証を行うホストを支援するコプロセッサとして機能します。 品名 注 代表的なアプリケーション DS1963S 4Kbメモリ、SHA-1エンジンと、8シークレット、16の書込みサイクルカウンタ、擬似乱数発生器 PCBの認証 IPの保護 電子マネー DS1992L 1Kbメモリ PCBの識別と認証 アクセス制御 資産管理 DS1993L 4Kbメモリ。低コストであるため(DS1995/DS1996との比較)、このデバイスは、プリント基板の識別と認証用にも適しています。 IPの保護 アクセス制御 資産管理 DS1995L 16Kbメモリ DS1996L 64Kbメモリ 識別プラスOTP EPROM このカテゴリのデバイスはすべて、12VのEPROM技術を使用します。パッケージには開口部がないため、ビットはOTPです。つまりビットはいったん1から0に変更すると、戻すことはできません。32バイトのページ全体を無効とマークして、代わりとなる有効なデータの場所を指し示すため、このデバイスには、各ページに1つずつ転送バイトがあります。この独自な機能によって、変更履歴を維持しながらデータの変更が可能になります。個々のメモリページは不可逆的に書込みを保護することができます。書込み保護によって、OPT EPROMは、まれにしか変更しない少量のデータだけを必要とするアプリケーション(ネットワークアドレス7やプリント基板の識別8など)の最有力候補となります。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2502 1Kbメモリ。DS2502は、フリップチップおよびSFNとして提供されています。 プリンタカートリッジと医療消耗品の識別と使用状況のモニタリング ラックカードとプリント基板の識別と認証 アクセサリ/周辺機器の識別 DS2505 16Kbメモリ DS2502-E48 1Kbメモリ、MAC-48/EUI-48イーサネットアドレスで事前プログラミング ネットワークアドレス PCBの識別と認証 DS2502-E64 1Kbメモリ、IEEE® EUI-64ノードアドレスで事前プログラミング DS1982 1Kbメモリ。低コストであるため(DS1985との比較)、DS1982は、プリンタカートリッジの識別と使用状況のモニタリングにも適しています。 PCBの識別と認証 資産管理 DS1985 16Kbメモリ 識別プラスEEPROM 上記のOTP EPROMに比較して、このカテゴリのデバイスは書込みに12Vを必要としません。メモリ領域やページが書込み保護されていなければ、データを変更(書換え)することができます。このデバイスの多くは、EPROMエミュレーションモードを備えており、EPROMの場合と同様、1から0へのみビットを変更することができます。DS1977は、その能力が高く、セキュリティ機能も優れているため、ゲーム産業で使用されています。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2431 1Kbメモリ、EPROMエミュレーション、ページ書込み保護。DS2431はUCSPおよびSFNでも提供されています。 プリンタカートリッジと医療消耗品の識別と使用状況のモニタリング ラックカードとPCBの識別と認証 アクセサリ/周辺機器の識別 IPの保護と認証 家庭用電化製品 DS28EC20 20Kbメモリ、EPROMエミュレーション、ブロック(4ページ)書込み保護 DS2433 4Kbメモリ。DS2433は、フリップチップおよびSFNとして提供されています。 プリンタカートリッジと医療消耗品の識別と使用状況のモニタリング ラックカードとPCBの識別と認証 アクセサリ/周辺機器の識別 DS28E04 4Kbメモリ、2つの5V PIO、7つの1-Wireアドレス入力、EPROMエミュレーション、ページ書込み保護 ラックカードの識別と認証 DS1971 256bメモリ アクセス制御 DS1972 1Kbメモリ、EPROMエミュレーション、ページ書込み保護 アクセス制御 資産管理 DS1973 4Kbメモリ DS1977 32KBメモリ、パスワード保護 資産管理 ゲーム 識別プラスSHA-1セキュアEEPROM このセキュアなカテゴリのデバイスに書き込むには、デバイスのシークレットについての知識とSHA-1 MACを計算する能力が必要です。シークレットを除き、メモリデータは制限なく読取り可能です。3つのデバイスはすべて、チャレンジ&レスポンスによる認証、1つのメモリページについてのEPROMエミュレーション、およびシークレットとメモリページの書込み保護をサポートしています。チャレンジ&レスポンスによる認証は、極めて高度なセキュリティを提供することが可能で、クローンコンポーネントがシステムに受け入れられないようにします9。接点環境用に設計されたDS1961Sは、リフレッシュ機能もサポートしているため、SHA-1 MACを提供しなくても既存のデータを書き換えることができます。事前プログラムのサービスについては、｢カスタマイズしたデバイスはありますか｣の項を参照してください。 品名 注 代表的なアプリケーション DS2432 1Kbメモリ、1つの64ビットのシークレット、3バイトのチャレンジ。DS2432はフリップチップとしても提供されています。 プリンタカートリッジと医療消耗品の識別と使用状況のモニタリング DS28E01 1Kbメモリ、1つの64ビットのシークレット、5バイトのチャレンジ プリンタカートリッジと医療消耗品の識別と使用状況のモニタリング ラックカードとPCBの識別と認証 アクセサリ/周辺機器の識別 IPの保護と認証 家庭用電化製品 DS1961S 1Kbメモリ、1つの64ビットシークレット、3バイトのチャレンジ、リフレッシュ機能 PCBの識別と認証 IPの保護と認証 電子マネー 識別プラスロギング これらのデバイスは、温度データのための自律型のデータロガーです。DS1923は湿度も記録することができます。各デバイス間の大きな違いは、データメモリの大きさとデータ保護のレベルです(パスワード)。各温度範囲のデバイスが用意されているため、さまざまなアプリケーションの要件を満たすことができます10。 品名 注 代表的なアプリケーション DS1921G 2KB温度ロガー、-40℃～+85℃ 環境科学用の温度モニタリング 食品安全性の温度モニタリング 食品、生鮮食品、および医薬品の出荷の品質保証 DS1921H 2KB温度ロガー、高分解能、+15℃～+46℃ DS1921Z 2KB温度ロガー、高分解能、-5℃～+26℃ DS1922L 8KB温度ロガー、-40℃～+85℃、パスワード保護 DS1922T 8KB温度ロガー、0℃～+125℃、パスワード保護 DS1923 8KB温度と湿度のロガー、-20℃～+85℃、パスワード保護 1-Wire製品の実地体験はどうすればできますか。 USBまたはRS-232シリアルポートを備え、インターネットにアクセス可能なIBM®互換のPCを利用可能であれば、必要なものは、1-Wireアダプタ、評価(EV)ソフトウェア、簡単な配線、および評価する1-Wireデバイスだけです。現時点での製品価格と入手性については、マキシムのウェブサイトをご覧ください。OneWireViewerソフトウェア11と関連ドライバは無料でダウンロードすることができます。 より経済的な方法は、EVキットの1つを購入することです。各キットには、1-Wireアダプタ、選別された1-WireデバイスまたはiButton、および必要な配線類とアクセサリが含まれています。表1はこのアプリケーションノートの発行時点でのEVキットを示しています。新しい製品が利用可能になると、EVキットの内容は変わる可能性があります。キットに含まれていないデバイスは個別に購入する必要があります。EVキットのソフトウェアは同じであるため(DSECASHキットは除く)、パッケージのタイプ(プラスチックパッケージまたはiButton)によって、アプリケーションに最適なキットが決まります。 表1. EVキットの概要 Kit Part Number Evaluates 1-Wire Adapter Type Notes DS9090K# 1-Wire chips (plastic packages) USB, DS9490R Includes: EV board with sockets for TO-92, TSOC, RJ-11 cable; jumpers; DS2401, DS2413, DS2431, DS2432, DS2433, DS28E04, and DS28EC20; other 1-Wire parts not mentioned in this document DS9092K# iButtons USB, DS9490R Includes: cable with iButton probe; DS1990A, DS1971, DS1904L, and DS1996; mechanical iButton mounting accessories DS1921K# iButton Data Loggers USB, DS9490R Includes: cable with iButton probe; DS1921G; mechanical mounting accessories DS28EA00EVKIT# DS28EA00 USB, DS9490R Includes three EV boards with DS28EA00 installed and RJ-11 cables DSECASH DS1963S, DS1961S iButtons for eCash RS-232, DS9097U-S09 Includes: EV board; cable with iButton probe; RJ-11 cable; several DS1963S and DS1961S iButtons; mechanical iButton mounting accessories 1-Wireアプリケーションの次のステップは何ですか。 1-Wire製品を選択すれば、マスタ回路のタイプ(すなわちキット内の1-Wireアダプタに相当するもの)を選択する必要があります。組込みのアプリケーションの場合、利用可能なシステムリソースに基づいて12、多数の選択肢があります。1-Wireデバイス間にかなりの配線を必要とするアプリケーションであれば、特殊マスタ回路13が役立ちます。 ハードウェアの他に、1-Wireデバイスとの通信、データの読書き、および制御機能の実行のためにはファームウェアが必要です。さまざまなプラットフォーム用に選別されたソフトウェアドライバ14が、マキシムのウェブサイトから無料でダウンロードしてご利用いただけます。デバイス固有のドライバ、アプリケーションプログラムインタフェース(API)、およびソフトウェアの例については、｢1-Wire®ソフトウェアリソースガイドデバイス解説｣15を参照してください。このガイドには、｢1-Wire File Structure｣16に基づいたAPI機能も含まれています。これは特に、数百バイト以上のデータを取り扱うときに役立ちます。 カスタマイズしたデバイスはありますか。 マキシムは、カスタマイズした数種類のデバイスを用意しています。識別のみのデバイスについては、カスタムROMが極めて一般的ですが、64ビットのID番号を備えたすべてのデバイスで利用可能です。カスタムROMの場合、68.7 x 109の番号(36ビットに相当)を1人の顧客が専用で使用することができます。カスタムROMの例については、アプリケーションノート1788に記載されています。この種のカスタマイズはパッケージ化の前に行われるため、リードタイムがかなり長くなります。OTP EPROMの場合、UniqueWare™17と呼ばれる代わりのカスタマイズがパッケージ化の後で行われます。ID番号を修正するのではなく、顧客が指定したシリアライゼーションがEPROM内にプログラムされ、その後に書込み保護されます。この手法の例は、DS2502-E48とDS2502-E64です。SHA-1セキュアEEPROMデバイスの場合、マキシムは、データとシークレットをインストールするためのセキュアな事前プログラミングサービスを提供しています。詳細については、テクニカルサポート要請を工場にお送りください。 まとめ 1-Wire技術は、マスタとスレーブ間で1本のデータラインとグランド基準を使用するシリアル通信プロトコルに基づいています。1-Wireスレーブは、フリップチップやUCSPなどのプラスチックパッケージで提供されるか、あるいはステンレス鋼のiButtonの形態で提供されます。1-Wireスレーブの最小機能は64ビットのID番号です。その他の機能として、PIO、温度センサ、タイムカウンタ、NV SRAM、OTP EPROM、EEPROM、SHA-1エンジン、SHA-1セキュリティEEPROM、温度ロギングと湿度ロギングがあります。1-Wireデバイスの代表的なアプリケーションとしては、消耗品、ラックカード、PCB、コンピュータアクセサリの識別と認証、およびIPの保護(たとえばクローンの阻止)があります。iButtonの特殊な使用法として、アクセス制御、資産管理、巡回システム、勤怠管理、電子マネー(eCash)、および食品と医薬品の安全性のための温度モニタリングがあります。スタータであるEVキットとソフトウェアドライバを利用すれば、顧客が1-Wire技術をシステムに組み込む場合に役立ちます。 参考文献 アプリケーションノート4132｢電気機械的SFNパッケージの取り付け方法｣ アプリケーションノート3808 ｢iButtonとは｣ アプリケーションノート4002｢フリップチップとチップスケールパッケージの技術およびそのアプリケーションについて｣ アプリケーションノート4037 ｢1-Wire®のチェーン機能を活用した位置情報の取得-シンプルなシグナリングとプロトコルにより、デバイスの物理的な位置を特定｣ アプリケーションノート517 ｢DS1371/DS1372/DS1374 32-Bit Binary Counter Time Conversion｣ アプリケーションノート1820 ｢White Paper 1：SHA Devices Used in Small Cash Systems｣ アプリケーションノート186 ｢1-Wireデバイスによるグローバル識別番号の作成｣ アプリケーションノート178 ｢1-Wire製品によるプリント回路基板の識別｣ アプリケーションノート3675｢研究開発の投資の保護—双方向の認証とセキュアなソフトによる機能の設定｣ アプリケーションノート3892 ｢iButtonセンサと温度/湿度データロガーの概要｣ アプリケーションノート3358 ｢OneWireViewerユーザガイド｣ アプリケーションノート4206｢組込みアプリケーション用の正しい1-Wire®マスタの選択｣ アプリケーションノート244｢高度1-Wireネットワークドライバ｣ スタートページ｢Software Development Kits｣ アプリケーションノート155 ｢1-Wire®ソフトウェアリソースガイドデバイス解説｣ アプリケーションノート114 ｢1-Wire File Structure｣ アプリケーションノート99 ｢UniqueWare™ Project Setup Manual Revision 2.00B｣ 1-WireはMaxim Integrated Products, Inc.の登録商標です。 iButtonはMaxim Integrated Products, Inc.の登録商標です。 IBMはInternational Business Machines Corporationの登録商標です。 IEEEはInstitute of Electrical and Electronics Engineersの登録サービスマークです。 SPIはMotorola, Inc.の商標です。 UCSPはMaxim Integrated Products, Inc.の商標です。 UniqueWareはMaxim Integrated Products, Inc.の商標です。 We Want Your Feedback! フィードバックをお寄せください。 内容に満足されましたか、あるいは満足されていませんか？もっと良いページにできると思いますか？あるいは、単なるコメントでも結構です。フィードバックをお待ちしています。—マキシムはお客様からいただく訂正、提案を元に改善していきます。 このページを評価し、フィードバックを送信する。 自動アップデート お客様が関心のある分野でアプリケーションノートが新規に掲載された際に自動通知Eメールの受信を希望する場合は、EE-Mail™にご登録ください。 その他の情報   APP 1796: Oct 13, 2008 DS1921K Thermochron iButtonスタータキット フルデータシート (PDF, 56kB) DS28EA00EVKIT DS28EA00の評価キット フルデータシート (PDF, 5.1MB) DS9090K 1-Wireデバイスの評価キットRev B4 フルデータシート (PDF, 544kB) DS9092K iButtonスタータキット フルデータシート (PDF, 48kB)   ダウンロード、PDFフォーマット (95kB)  AN1796, AN 1796, APP1796, Appnote1796, Appnote 1796