使用NFC系统无线供电和访问1-Wire网络

对于1-Wire网络的感应功率传输、访问、控制和信息交换，可以利用近场通信（NFC）系统。利用从NFC链路收集的功率，可通过单个节点实现1-Wire通信的温度检测、认证和存储器存储。您还可以通过将应答器的射频（RF）功率转换器和1-Wire网络建模为等效RC电路，分析可用的收集电压、电流和1-Wire时序约束。®

介绍

通过使用单导体和接地，1-Wire器件为机械组件和电子系统提供了功能，并将系统中所需的节点数量减少到只有一个。通过对称和非对称认证、识别、存储器、数据采集和控制，1-Wire技术还采用低功耗设计，提供安全的资产和信息管理。汽车、云网络、消耗性药品和医疗保健设备、移动销售渠道和智能电网等各种应用都可以受益。NFC 收发器，内置 256 位安全哈希算法 （SHA-256） 协处理器，用于对称身份验证，与包含 I 的 NFC 应答器配对2C 主/从端口和能量收集输出为无线访问封闭便携式设备节点提供安全性。兼容ISO-15693和FIPS 180-4的NFC系统支持无线电源和对1-Wire器件的安全访问。反过来，对1-Wire网络的无线接入为NFC是首选的无线电力传输和通信方法的电子应用提供了新的用例和更大的灵活性。

翻译通信协议

为了提供对1-Wire网络的无线接入，必须在NFC等无线通信协议和1-Wire通信协议之间进行某种转换。大多数主要的智能手机品牌已经集成了NFC，允许用户连接到电子设备和无源物体，如钥匙扣，标签和卡片。因此，配备NFC的智能手机或设备可以无线访问1-Wire网络。

在NFC系统中，收发器是发起方，产生RF场来供电、发送功能命令和实现信息交换。应答器通过收发器产生的射频场为自己供电。它还接收功能命令以执行并将数据从存储器或连接的设备中继到 NFC 读取器。

附近天线之间的电磁感应允许NFC发送和接收功率，获得控制和传输数据。收发器通过使用正确布线的PCB走线或以计算方式受伤的电线开始与应答器通信。

图1显示了使用MAX66300等收发器和MAX66242等应答器的NFC硬件设置。有关如何实现MAX66300的天线设计，请参阅应用笔记5921 – MAX66300的天线设计。有关NFC和MAX66242安全双接口的更多详细信息，请参阅应用笔记5995 - 需要NFC/RFID？明天就是今天，处于这种不断创新的状态。

图1.NFC系统由MAX66300收发器和MAX66242应答器组成。辅助电路连接到MAX66242 V外我2C 接口和 PIO。

MAX66242应答器具有两种功能特性，提供对连接的辅助电路的无线访问：

内部 AC-DC 转换器将来自收集的射频场的功率转换为 V 的调节输出电压外.这允许MAX66242为连接的辅助电路I2C 接口和可编程输入输出 （PIO）。

集成的I2C 主从接口允许双向访问和控制

在我2在C主控模式下，MAX66242将传感器、微控制器和其他辅助电路等连接电路的信息中继至NFC收发器，如MAX66300或智能手机。在我2MAX66242为C从模式，是连接主机电路和NFC收发器之间的中介。

PIO 提供了额外的功能特性。例如，当NFC链路准备好进行通信时，它启用辅助电路，并提供通用控制和监控信息。阅读MAX66242完整数据资料，了解有关PIO的更多详细信息。

为了访问和控制1-Wire网络，MAX66242需要双向I2C和1-Wire协议转换。一个我2C-to-1-Wire桥（如DS2484）有助于完成这一任务。图 2 显示了我如何2C和1-Wire协议转换由MAX66242和DS2484处理。

图2.无线转 1 线桥。MAX66242通过V为DS2484和1-Wire器件供电外.

DS2484补充MAX66242，在I2C和1-Wire协议，具有可调时序和休眠模式。通过SLPZ允许MAX66242将DS2484置于休眠模式，DS2484在NFC收发器需要时上电。一旦DS2484配置寄存器中的关断（PDN）位切换至零，1-Wire网络开始上电进行通信。

如果您的应用需要对1-Wire网络进行基于对称密钥的认证，MAX66242提供内置SHA-256引擎，用于计算FIPS 180-4下的消息认证码（MAC）。如果应用需要基于非对称公钥的认证，DS2475是一款椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）协处理器，具有I2C至1-Wire主机功能，可代替DS2484使用。DS2475在P-256曲线下生成证书和签名。从美国国家标准与技术研究院 （NIST） 了解有关 FIPS 180-4 和 P-256 曲线的更多信息。DS2475未删节的数据资料提供了有关该器件的更多详细信息。

如何收集电压 V外和当前 I外可为1线网络供电

MAX66300和MAX66242完善了符合ISO 15693和FIPS 180-4标准的NFC系统。当两者都连接到调谐至13.56MHz的单个PCB天线时，MAX66242收集输出电压V外和输出电流 I外可以表征。本节的测量结果是使用MAX66300-X24EVKIT（包括MAX66300和MAX66242）获得的。

图3显示了V时的可用电压外MAX66242与MAX66300天线的距离有关。V 的电压值外当发射天线和接收天线平行且彼此居中时获得。图3所示MAX66300输出驱动器天线配置采用开断键控（OOK），利用ANT1和ANT2引脚差分驱动天线。V处的电压外因天线配置、方向和环境而异，例如在读取区域中存在附近的金属或其他应答器。在 3.2 厘米或更小，V外可根据用户配置输出3.3V或1.8V。在距离大于 10.2cm 时，V 处不存在收集电压调节外.

图3.The MAX66242 V外与MAX66300环形天线的距离的关系

为了无线供电、访问和控制1-Wire网络，从NFC链路收集的能量必须为MAX66242、DS2484和1-Wire器件供电，如图2所示。为了正确设计NFC供电的1-Wire网络，了解可用的电流I至关重要。外从收集的输出电压 V外.图4 模型一外和 V外作为理想的整流电压VS和源电阻 RS.

图4.V外建模为理想电源 VS和源电阻 RS.VDD是DS2484的电源电压。1-Wire网络上拉电压为V狗.R狗是1-Wire网络的上拉电阻。

理想的整流电压VS等于 V 时的开路电压外.源电阻RS有效将1-Wire网络的上拉电阻提高至RS+ R狗，其中 R狗位于DS2484内部。获取有关 R 电阻值的更多详细信息狗，包括DS2484数据资料中的有源上拉（APU）和强上拉（SPU）。VDD是DS2484的电源电压。请注意，V外与 V 共享同一节点DD因此，是平等的。1-Wire网络上拉电压为V狗.图5显示了V的负载调整率外具有图3中描述的相同配置，距离NFC收发器天线0cm。

图5.输出电压（V外） 与输出电流 （I外） 用于 3.3V V外模式。

输出电压（V外） 定义为理想整流电压 （VS） 减去源极电阻两端的压降 （RS） 由于 I外.源电阻（RS） 在公式 （1） 中定义如下：

RS= （VS– V外） / I外(1)

图6显示了源电阻（RS） 随测量输出电流 （I外） 时输出电压（V外） 设置为 3.3V 模式。源电阻（RS） 表现出非线性特性，因为难以保持恒定的收获 V外随着 I 的增加外需求。

图6.源电阻（RS） 用于 3.3V V外模式。

不仅 RS取决于我外和 V外，但它最初也受到内部上拉电阻（R狗）的DS2484。因此，如果图4中的1-Wire网络由图7所示的等效放电电容（CTOTAL）表示，则RS可以具有依赖于 V 的值外并在 I 上外最初由 R 设置狗.

图7.简化的RC电路，用于模拟MAX66242和DS2484的分支连接，如图4所示。

作为 C总累积电荷，RS随着时间的推移而变化，因为我外和 V外也随着时间的推移进行调整。使用图 5，V外可以通过知道I的瞬时值来确定外.RS一旦 C 上的电荷达到最终值总达到稳态值。

给定 I 之间的非线性外和 V外，需要迭代方法来计算第一个 RS价值。R 的收敛结果S可以通过求解 I 来确定外并通过查找 V 的值外在图 5 上。

图 8 说明了计算 R 初始值的迭代过程S对于输出电流 （I外).R 的结果S被认为是收敛的，如果我N+1外与 I 相比相差 10% 或更少N外.N 表示流程图中的迭代次数。

注意：而不是计算 R 的迭代版本S，图6可以与图5结合使用，以找到最终值。但是，更好的方法是计算RS使用流程图并使用图 5 查找 V外如图 8 所示。使用这种方法，仅使用一个图而不是两个图从测量结果进行外推，以减少误差。

图8.计算初始源电阻（RS） 表示输出电流 I外.R 的结果S当两个顺序计算输出电流（I外） 相差 10% 或更少。流程图还允许计算 RS对于将来的时间（tN+k） 除初始时间 （t0).

图8也可用于重新计算源电阻（RS）而等效电容（C总） 在时间 t 继续累积电荷N.为“新时间 t ”设置布尔值N？“ 到 'YES' 使用指数衰减函数计算 I外在稍后的时间（tN+1).

适用于需要更大输出电流（I外），具有高压输出驱动器和高增益接收器的NFC收发器可以增加范围和功率输出。

结论

以MAX66242作为RC电路，通过对从NFC RF场收集的稳压进行建模，可以计算出1-Wire网络上存在的1-Wire上拉电阻相加的源电阻。计算源电阻（RS） 递归地允许我们找到输出电流 （I外） 由收集的调节电压 （V ） 提供外） 的 MAX66242。

审核编辑：郭婷