使用NFC系統(tǒng)無線供電和訪問1-Wire網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于1-Wire網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)功率傳輸、訪問、控制和信息交換，可以利用近場通信（NFC）系統(tǒng)。利用從NFC鏈路收集的功率，可通過單個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)1-Wire通信的溫度檢測、認(rèn)證和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。您還可以通過將應(yīng)答器的射頻（RF）功率轉(zhuǎn)換器和1-Wire網(wǎng)絡(luò)建模為等效RC電路，分析可用的收集電壓、電流和1-Wire時(shí)序約束。?

介紹

通過使用單導(dǎo)體和接地，1-Wire器件為機(jī)械組件和電子系統(tǒng)提供了功能，并將系統(tǒng)中所需的節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少到只有一個(gè)。通過對(duì)稱和非對(duì)稱認(rèn)證、識(shí)別、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)采集和控制，1-Wire技術(shù)還采用低功耗設(shè)計(jì)，提供安全的資產(chǎn)和信息管理。汽車、云網(wǎng)絡(luò)、消耗性藥品和醫(yī)療保健設(shè)備、移動(dòng)銷售渠道和智能電網(wǎng)等各種應(yīng)用都可以受益。NFC 收發(fā)器，內(nèi)置 256 位安全哈希算法 （SHA-256） 協(xié)處理器，用于對(duì)稱身份驗(yàn)證，與包含 I 的 NFC 應(yīng)答器配對(duì)2C 主/從端口和能量收集輸出為無線訪問封閉便攜式設(shè)備節(jié)點(diǎn)提供安全性。兼容ISO-15693和FIPS 180-4的NFC系統(tǒng)支持無線電源和對(duì)1-Wire器件的安全訪問。反過來，對(duì)1-Wire網(wǎng)絡(luò)的無線接入為NFC是首選的無線電力傳輸和通信方法的電子應(yīng)用提供了新的用例和更大的靈活性。

翻譯通信協(xié)議

為了提供對(duì)1-Wire網(wǎng)絡(luò)的無線接入，必須在NFC等無線通信協(xié)議和1-Wire通信協(xié)議之間進(jìn)行某種轉(zhuǎn)換。大多數(shù)主要的智能手機(jī)品牌已經(jīng)集成了NFC，允許用戶連接到電子設(shè)備和無源物體，如鑰匙扣，標(biāo)簽和卡片。因此，配備NFC的智能手機(jī)或設(shè)備可以無線訪問1-Wire網(wǎng)絡(luò)。

在NFC系統(tǒng)中，收發(fā)器是發(fā)起方，產(chǎn)生RF場來供電、發(fā)送功能命令和實(shí)現(xiàn)信息交換。應(yīng)答器通過收發(fā)器產(chǎn)生的射頻場為自己供電。它還接收功能命令以執(zhí)行并將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或連接的設(shè)備中繼到 NFC 讀取器。

附近天線之間的電磁感應(yīng)允許NFC發(fā)送和接收功率，獲得控制和傳輸數(shù)據(jù)。收發(fā)器通過使用正確布線的PCB走線或以計(jì)算方式受傷的電線開始與應(yīng)答器通信。

圖1顯示了使用MAX66300等收發(fā)器和MAX66242等應(yīng)答器的NFC硬件設(shè)置。有關(guān)如何實(shí)現(xiàn)MAX66300的天線設(shè)計(jì)，請(qǐng)參閱應(yīng)用筆記5921 – MAX66300的天線設(shè)計(jì)。有關(guān)NFC和MAX66242安全雙接口的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用筆記5995 - 需要NFC/RFID？明天就是今天，處于這種不斷創(chuàng)新的狀態(tài)。

圖1.NFC系統(tǒng)由MAX66300收發(fā)器和MAX66242應(yīng)答器組成。輔助電路連接到MAX66242 V外我2C 接口和 PIO。

MAX66242應(yīng)答器具有兩種功能特性，提供對(duì)連接的輔助電路的無線訪問：

內(nèi)部 AC-DC 轉(zhuǎn)換器將來自收集的射頻場的功率轉(zhuǎn)換為 V 的調(diào)節(jié)輸出電壓外.這允許MAX66242為連接的輔助電路I2C 接口和可編程輸入輸出 （PIO）。

集成的I2C 主從接口允許雙向訪問和控制

在我2在C主控模式下，MAX66242將傳感器、微控制器和其他輔助電路等連接電路的信息中繼至NFC收發(fā)器，如MAX66300或智能手機(jī)。在我2MAX66242為C從模式，是連接主機(jī)電路和NFC收發(fā)器之間的中介。

PIO 提供了額外的功能特性。例如，當(dāng)NFC鏈路準(zhǔn)備好進(jìn)行通信時(shí)，它啟用輔助電路，并提供通用控制和監(jiān)控信息。閱讀MAX66242完整數(shù)據(jù)資料，了解有關(guān)PIO的更多詳細(xì)信息。

為了訪問和控制1-Wire網(wǎng)絡(luò)，MAX66242需要雙向I2C和1-Wire協(xié)議轉(zhuǎn)換。一個(gè)我2C-to-1-Wire橋（如DS2484）有助于完成這一任務(wù)。圖 2 顯示了我如何2C和1-Wire協(xié)議轉(zhuǎn)換由MAX66242和DS2484處理。

圖2.無線轉(zhuǎn) 1 線橋。MAX66242通過V為DS2484和1-Wire器件供電外.

DS2484補(bǔ)充MAX66242，在I2C和1-Wire協(xié)議，具有可調(diào)時(shí)序和休眠模式。通過SLPZ允許MAX66242將DS2484置于休眠模式，DS2484在NFC收發(fā)器需要時(shí)上電。一旦DS2484配置寄存器中的關(guān)斷（PDN）位切換至零，1-Wire網(wǎng)絡(luò)開始上電進(jìn)行通信。

如果您的應(yīng)用需要對(duì)1-Wire網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基于對(duì)稱密鑰的認(rèn)證，MAX66242提供內(nèi)置SHA-256引擎，用于計(jì)算FIPS 180-4下的消息認(rèn)證碼（MAC）。如果應(yīng)用需要基于非對(duì)稱公鑰的認(rèn)證，DS2475是一款橢圓曲線數(shù)字簽名算法（ECDSA）協(xié)處理器，具有I2C至1-Wire主機(jī)功能，可代替DS2484使用。DS2475在P-256曲線下生成證書和簽名。從美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 （NIST） 了解有關(guān) FIPS 180-4 和 P-256 曲線的更多信息。DS2475未刪節(jié)的數(shù)據(jù)資料提供了有關(guān)該器件的更多詳細(xì)信息。

如何收集電壓 V外和當(dāng)前 I外可為1線網(wǎng)絡(luò)供電

MAX66300和MAX66242完善了符合ISO 15693和FIPS 180-4標(biāo)準(zhǔn)的NFC系統(tǒng)。當(dāng)兩者都連接到調(diào)諧至13.56MHz的單個(gè)PCB天線時(shí)，MAX66242收集輸出電壓V外和輸出電流 I外可以表征。本節(jié)的測量結(jié)果是使用MAX66300-X24EVKIT（包括MAX66300和MAX66242）獲得的。

圖3顯示了V時(shí)的可用電壓外MAX66242與MAX66300天線的距離有關(guān)。V 的電壓值外當(dāng)發(fā)射天線和接收天線平行且彼此居中時(shí)獲得。圖3所示MAX66300輸出驅(qū)動(dòng)器天線配置采用開斷鍵控（OOK），利用ANT1和ANT2引腳差分驅(qū)動(dòng)天線。V處的電壓外因天線配置、方向和環(huán)境而異，例如在讀取區(qū)域中存在附近的金屬或其他應(yīng)答器。在 3.2 厘米或更小，V外可根據(jù)用戶配置輸出3.3V或1.8V。在距離大于 10.2cm 時(shí)，V 處不存在收集電壓調(diào)節(jié)外.

圖3.The MAX66242 V外與MAX66300環(huán)形天線的距離的關(guān)系

為了無線供電、訪問和控制1-Wire網(wǎng)絡(luò)，從NFC鏈路收集的能量必須為MAX66242、DS2484和1-Wire器件供電，如圖2所示。為了正確設(shè)計(jì)NFC供電的1-Wire網(wǎng)絡(luò)，了解可用的電流I至關(guān)重要。外從收集的輸出電壓 V外.圖4 模型一外和 V外作為理想的整流電壓VS和源電阻 RS.

圖4.V外建模為理想電源 VS和源電阻 RS.VDD是DS2484的電源電壓。1-Wire網(wǎng)絡(luò)上拉電壓為V狗.R狗是1-Wire網(wǎng)絡(luò)的上拉電阻。

理想的整流電壓VS等于 V 時(shí)的開路電壓外.源電阻RS有效將1-Wire網(wǎng)絡(luò)的上拉電阻提高至RS+ R狗，其中 R狗位于DS2484內(nèi)部。獲取有關(guān) R 電阻值的更多詳細(xì)信息狗，包括DS2484數(shù)據(jù)資料中的有源上拉（APU）和強(qiáng)上拉（SPU）。VDD是DS2484的電源電壓。請(qǐng)注意，V外與 V 共享同一節(jié)點(diǎn)DD因此，是平等的。1-Wire網(wǎng)絡(luò)上拉電壓為V狗.圖5顯示了V的負(fù)載調(diào)整率外具有圖3中描述的相同配置，距離NFC收發(fā)器天線0cm。

圖5.輸出電壓（V外） 與輸出電流 （I外） 用于 3.3V V外模式。

輸出電壓（V外） 定義為理想整流電壓 （VS） 減去源極電阻兩端的壓降 （RS） 由于 I外.源電阻（RS） 在公式 （1） 中定義如下：

RS= （VS– V外） / I外(1)

圖6顯示了源電阻（RS） 隨測量輸出電流 （I外） 時(shí)輸出電壓（V外） 設(shè)置為 3.3V 模式。源電阻（RS） 表現(xiàn)出非線性特性，因?yàn)殡y以保持恒定的收獲 V外隨著 I 的增加外需求。

圖6.源電阻（RS） 用于 3.3V V外模式。

不僅 RS取決于我外和 V外，但它最初也受到內(nèi)部上拉電阻（R狗）的DS2484。因此，如果圖4中的1-Wire網(wǎng)絡(luò)由圖7所示的等效放電電容（CTOTAL）表示，則RS可以具有依賴于 V 的值外并在 I 上外最初由 R 設(shè)置狗.

圖7.簡化的RC電路，用于模擬MAX66242和DS2484的分支連接，如圖4所示。

作為 C總累積電荷，RS隨著時(shí)間的推移而變化，因?yàn)槲彝夂?V外也隨著時(shí)間的推移進(jìn)行調(diào)整。使用圖 5，V外可以通過知道I的瞬時(shí)值來確定外.RS一旦 C 上的電荷達(dá)到最終值總達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

給定 I 之間的非線性外和 V外，需要迭代方法來計(jì)算第一個(gè) RS價(jià)值。R 的收斂結(jié)果S可以通過求解 I 來確定外并通過查找 V 的值外在圖 5 上。

圖 8 說明了計(jì)算 R 初始值的迭代過程S對(duì)于輸出電流 （I外).R 的結(jié)果S被認(rèn)為是收斂的，如果我N+1外與 I 相比相差 10% 或更少N外.N 表示流程圖中的迭代次數(shù)。

注意：而不是計(jì)算 R 的迭代版本S，圖6可以與圖5結(jié)合使用，以找到最終值。但是，更好的方法是計(jì)算RS使用流程圖并使用圖 5 查找 V外如圖 8 所示。使用這種方法，僅使用一個(gè)圖而不是兩個(gè)圖從測量結(jié)果進(jìn)行外推，以減少誤差。

圖8.計(jì)算初始源電阻（RS） 表示輸出電流 I外.R 的結(jié)果S當(dāng)兩個(gè)順序計(jì)算輸出電流（I外） 相差 10% 或更少。流程圖還允許計(jì)算 RS對(duì)于將來的時(shí)間（tN+k） 除初始時(shí)間 （t0).

圖8也可用于重新計(jì)算源電阻（RS）而等效電容（C總） 在時(shí)間 t 繼續(xù)累積電荷N.為“新時(shí)間 t ”設(shè)置布爾值N？“ 到 'YES' 使用指數(shù)衰減函數(shù)計(jì)算 I外在稍后的時(shí)間（tN+1).

適用于需要更大輸出電流（I外），具有高壓輸出驅(qū)動(dòng)器和高增益接收器的NFC收發(fā)器可以增加范圍和功率輸出。

結(jié)論

以MAX66242作為RC電路，通過對(duì)從NFC RF場收集的穩(wěn)壓進(jìn)行建模，可以計(jì)算出1-Wire網(wǎng)絡(luò)上存在的1-Wire上拉電阻相加的源電阻。計(jì)算源電阻（RS） 遞歸地允許我們找到輸出電流 （I外） 由收集的調(diào)節(jié)電壓 （V ） 提供外） 的 MAX66242。

審核編輯：郭婷