iBUTTON背后的故事

winniewei 提交于 周五, 12/28/2018
iBUTTON背后的故事

作者:Christine Young

Maxim Integrated博主 

一款技术复杂的产品却能拥有非常简单的使用体验,这就是独创工程设计的伟大之处。通用性强、经久耐用的iButton就是这样的产品,它是一款密封在不锈钢护套中的芯片。iButton的起源可追溯到大约30年前,至今仍然被不断集成到各种应用之中。例如,矫正科医生将其安装在牙套上,以监测病人的佩戴时间;制药公司利用其监测运送途中的温度敏感药物,将该信息与位置信息进行整合,以及时发现任何问题;食品供应公司对易腐烂的货物也在实施同样的应用。甚至,美国德克萨斯州达拉斯的一个动物园让一头大象吞下iButton,用于记录肠道的温度。

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目前,iButton家族中有超过20款产品,专门为其他产品无法实现的数据传送或记录功能而设计。器件可跟踪温度和湿度、提供访问控制及资产追踪,以及支持电子现金交易。在当地一些大学医院的医生访问了位于圣何塞的Maxim总部,了解了iButton在矫正领域的应用之后,我希望更多地了解这些微小器件的起源。于是,我与iButton的发明人之一Hal Kurkowski进行了交流。他目前是Maxim微处理器与安全产品事业部的执行总监。

故事始于Dallas Semiconductor (2001年被Maxim收购),其产品线包括非易失静态RAM。在存储数据的传统技术中,写序列通常比读序列所需的时间长,这对于某些类型的应用会存在问题。Dallas Semiconductor的工程师借助其创始人开发的产品,创建了电池备份的静态RAM,其中读和写序列是同步的;芯片断电期间,电池电源可保持数据。该RAM产品的一个分支(便携式令牌)成为了iButton和智能卡的先驱。该令牌的作用与现在USB狗类似,支持其与主计算机之间交换数据。设计者利用双列直插封装(DIP)的引脚提供与令牌内芯片的电气连接。但是Kurkowski解释说,这些引脚非常脆弱,从而影响令牌的实用性和可靠性。

大约在同时,该公司正在开发1-Wire®串行协议,该协议通过单根导线提供低速数据、信号和电源。将1-Wire协议集成到令牌中使其更接近今天的iButton。但是工程师必须解决可靠性问题。当时,他们考察了锂离子纽扣电池行业。为了与令牌内的芯片通信,至少需要一个触点和一个地,与电池非常相似。于是,工程师就想:如果把芯片从令牌中取出,然后放进纽扣电池外壳中,会怎么样呢?工程师将一块包含芯片的微小PCB安装到了一个不锈钢护套内,提供更坚固的外壳。1-Wire协议提供与纽扣电池外壳中的芯片通信以及供电的途径。对于要求非易失读/写存储器、实时时钟或温度数据记录器的产品,在护套内增加了一个小型电池,提供必要的板载电源。

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iButtons捕获的数据可传输到计算机进行检查和分析,而器件可安装在任何物体上

复杂的芯片,简单的使用

正如Kurkowski所言,iButton仍然有许多方面需要增强,因为在光滑的纽扣电池式外壳上附着任何物体都是非常困难的。对于寿命可能持续长达10年并且在恶劣环境下使用的器件,双面胶或胶水毕竟不太切合实际。工程师决定在护套的底部周围设计凸缘,在前方设计一个机械压接环,这样就能够以机械方式将iButton固定在终端产品上。“现在,我们能够将想要的任何功能集成到芯片,它可以是存储器芯片、实时时钟、温度测量芯片。”Kurkowski补充说。

当iButton开发人员创建不同版本的产品时,他们始终保持器件形状的一致性,以便于使用。有一组探头和读取器可支持任何类型的iButton。用户很容易设置数据记录频率等不同的参数,并且可通过应用程序将数据下载到计算机。Thermochron iButtons作为温度测量器件,配备有芯片、电池和实时时钟(RTC)。从工程角度看,iButton Hygrochron温度/湿度记录器甚至表现更为出色。iButtons通常完全密封,但这种iButtons需要接触周围空气。Kurkowski介绍说,为提供接触能力,工程师在按钮的顶部设计了一个微型孔,在正下方安装湿度传感器,将器件的其余部分密封,以保护其他电子元件。

"iButton的优点之一是其热质量非常小,所以响应时间非常快。"Kurkowski表示:"此外,器件可使用10年或进行一百万次温度转换 — 以先到者为准。"

显而易见,iButton的发明需要一定的巧思和创造力,以及将独立的工程设计整合在一起的能力。工程团队还需要考察其他领域的工作,例如纽扣电池。由于iButtons具有类似的形状和尺寸,团队就能够借助电池制造技术生产其器件。

"在许多工程中,您需要做的是进行考察,了解是否有人已经解决了相关问题,因为您有很多问题需要解决。"Kurkowski表示:"您希望最终产品非常独特、具有创造性,并且他人难以仿制。但另一方面,你并不希望发明从A到B的所有东西,所以就需要了解有哪些困难已经被别的工程师克服。"

iButton的应用广泛,可谓只有想不到,没有做不到。关于器件的更多信息,包括相关软件资源和附件,请参考iButton产品页

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