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Como implementar uma rede 1-wire de um canal para alimentação sem fio

1-wire sem fio

1-Wire é um sistema de barramento de comunicação de dispositivo similar em conceito ao I²C, mas com taxas de dados mais baixas e maior alcance. Uma MicroLAN é uma rede de dispositivos 1-Wire com um dispositivo mestre associado. O protocolo também é usado em pequenas chaves eletrônicas, como a chave Dallas e o iButton.

Conforme mostrado na Figura 1, uma rede de 1 fio consiste em um único fio dreno aberto e um único resistor pull-up. O resistor pull-up “puxa o sinal” até 3 ou 5 volts. O dispositivo mestre e todos os escravos têm uma única conexão de dreno aberto para acionar o fio e uma maneira de detectar o estado do fio. Apesar do nome “1-Wire”, todos os dispositivos precisam de outro fio, uma conexão de aterramento, para permitir que uma corrente de retorno flua através do fio de dados. A comunicação ocorre quando um mestre ou escravo puxa brevemente o barramento para baixo, conectando o resistor de pull-up ao terra através de seu MOSFET de saída. O fio de dados é alto quando ocioso e, portanto, também pode alimentar um número limitado de dispositivos escravos.

Figura 1: A configuração mestre/escravo de 1 fio usa uma única linha de dados mais a referência de terra.

No barramento de 1 fio, um mestre inicia e controla a comunicação com um ou mais dispositivos escravos. Cada dispositivo escravo de 1 fio recebe um número de identificação (ID) de 64 bits único, irrevogável e programado de fábrica, que atua como o endereço do dispositivo no barramento de 1 fio. O tipo de dispositivo e a funcionalidade são identificados pelo código de família de 8 bits, que é um subconjunto do ID de 64 bits. A maioria dos dispositivos 1-Wire não tem pino para fonte de alimentação; eles retiram sua energia do barramento de 1 fio (fonte de alimentação parasita).

Usando um sistema NFC (Near-Field Communications) para alimentação sem fio e acesso a uma rede 1-wire

Os dispositivos de 1 fio fornecem a funcionalidade para montagens mecânicas e sistemas eletrônicos, utilizando um único fio e terra e reduzindo o número de nós necessários em um sistema para apenas um. A tecnologia 1-Wire oferece gerenciamento seguro de ativos e informações com autenticação, identificação, memória, aquisição de dados e controle simétricos e assimétricos, tudo em uma arquitetura de baixo consumo de energia. Um transceptor NFC com um coprocessador de algoritmo de hash seguro de 256 bits (SHA-256) integrado para autenticação simétrica, juntamente com um transponder NFC com uma porta mestre/escravo I²C e uma saída de coleta de energia, oferece segurança para acesso sem fio a um nó de dispositivos portáteis fechados. Um sistema NFC compatível com ISO-15693 e FIPS 180-4 suporta alimentação sem fio e acesso seguro a dispositivos de 1 fio.

O transceptor é o iniciador em um sistema NFC e gera um campo de RF para transmitir energia, enviar comandos de função e permitir a troca de informações. O transponder é alimentado pelo campo de RF gerado pelo transceptor. Ele também recebe ordens de função para executar e envia dados para o leitor NFC da memória ou de dispositivos conectados. O NFC pode enviar e receber energia, obter controle e transferir dados usando indução eletromagnética entre antenas próximas. Usando rastreamentos de PCB devidamente roteados, um transceptor inicia a comunicação com um transponder. A Figura 2 abaixo mostra uma configuração de hardware NFC usando um transceptor como o MAX66300 e um transponder como o MAX66242.

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Figura 2: O transceptor MAX66300 e o transponder MAX66242 constituem um sistema NFC.

O transponder MAX66242 oferece dois recursos funcionais para fornecer acesso sem fio aos circuitos auxiliares conectados: (1) um conversor AC-DC interno converte a energia do campo de RF colhido em uma tensão de saída regulada em VOUT. Isso permite que o MAX66242 alimente circuitos auxiliares conectados, a interface I²C e a entrada-saída programável (PIO); (2) uma interface mestre e escravo I²C integrada permite acesso e controle bidirecional.

No modo mestre I²C, o MAX66242 retransmite informações de circuitos conectados, como sensores, um microcontrolador e outros circuitos auxiliares para um transceptor NFC, como o MAX66300 ou um smartphone. No modo escravo I²C, o MAX66242 é um intermediário entre o circuito do host conectado e um transceptor NFC.

Para acessar e controlar uma rede 1-Wire, o MAX66242 requer conversão de protocolo I²C bidirecional e 1-Wire. Uma ponte I²C para 1 fio, como o DS2484 (Mestre de 1 fio de canal único com temporização ajustável e modo de espera) facilita essa tarefa. A figura 3 abaixo mostra como a tradução de protocolo I²C e 1-Wire é tratada pelo MAX66242 e DS2484.

Figura 3: O MAX66242 alimenta os dispositivos DS2484 e 1-Wire pelo VOUT.

O MAX66242 é complementado pelo DS2484, que converte entre protocolos I²C e 1-Wire com tempo ajustável e modo de suspensão. O DS2484 é ligado quando o transceptor NFC o exige, permitindo que o MAX66242 o coloque no modo de suspensão através do SLPZ. Quando o bit de desligamento (PDN) no registro de configuração do DS2484 é definido como zero, a rede de 1 fio começa a ser ligada para comunicação. Se a aplicação exigir autenticação de rede 1-Wire baseada em chave simétrica, o MAX66242 possui um mecanismo SHA-256 integrado para calcular um código de autenticação de mensagem (MAC) de acordo com FIPS 180-4. Em vez do DS2484, se a aplicação precisar de autenticação de chave pública assimétrica, o DS2475, um coprocessador de algoritmo de assinatura digital de curva elíptica (ECDSA) com recursos I²C para mestre de 1 fio, pode ser utilizado.

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* Texto originalmente publicado em: link

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