DE112020004889T5

DE112020004889T5 - Schnittstellenbildung mit einer ein-draht-vorrichtung, die mit einem niederohmigen element parallel geschaltet ist, und zugehörige systeme und vorrichtungen

Info

Publication number: DE112020004889T5
Application number: DE112020004889.6T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Russell; Albert S. Weiner; Suraj Sridhar
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114503106B; US20210110022A1; US20220358204A1; US12001539B2; US11429709B2; WO2021071541A1; CN114503106A

Abstract

Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein System, das ein austauschbares Modul und eine Benutzervorrichtung einschließen kann.Das austauschbare Modul kann ein Element und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement in Parallelschaltung dem Element einschließen. Die Benutzervorrichtung kann für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert sein. Die Benutzervorrichtung kann eine Stromquelle einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie dem Element Strom bereitstellt, eine Authentifizierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchführt, und eine Signalkonditionierungseinheit, die in einem Kommunikationspfad zwischen dem Ein-Draht-Authentifizierungselement und der Authentifizierungseinheit eingerichtet ist.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen unter 35 U.S.C. § 119(e) der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/913.283, eingereicht am 10. Oktober 2019, mit dem Titel „INTERFACING WITH A ONE-WIRE DEVICE IN PARALLEL WITH A LOW-IMPEDANCE ELEMENT, AND RELATED SYSTEMS AND DEVICES“ („SCHNITTSTELLENBILDUNG MIT EINER EIN-DRAHT-VORRICHTUNG, DIE MIT EINEM NIEDEROHMIGEN ELEMENT PARALLEL GESCHALTET IST, UND ZUGEHÖRIGE SYSTEME UND VORRICHTUNGEN“), deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
STAND DER TECHNIK
Ein Kommunikationsprotokoll für Ein-Draht-Vorrichtungen kann die Kommunikation einer Ein-Draht-Vorrichtung (unter Verwendung digitaler Signale) ermöglichen, indem ein einziger Stift sowohl als Eingang zur Vorrichtung als auch als Ausgang aus der Vorrichtung verwendet wird.
Figurenliste
Um die Erörterung eines bestimmten Elements oder einer bestimmten Aktion leicht zu identifizieren, bezieht/beziehen sich die höchstwertige Ziffer oder die höchstwertigen Ziffern in einem Bezugszeichen auf die Figurnummer, in der dieses Element zuerst eingeführt wird.

1 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
2 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines austauschbaren Moduls gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines austauschbaren Moduls gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen und veranschaulicht eine konzeptionelle Übertragung von Signalen an dem austauschbaren Modul.
4 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Signalkonditionierungsflusses gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
5 veranschaulicht eine Schaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
6A veranschaulicht eine Schaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
6B veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Schaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
7A und 7B veranschaulichen Wellenformdiagramme, die einem Authentifizierungsprozess gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zugeordnet sind.
8 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm einer austauschbaren Einheit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
9 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
10 veranschaulicht ein System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
11 veranschaulicht ein Flussdiagramm gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
12 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Schaltlogik, die in einigen Ausführungsformen verwendet werden kann, um verschiedene hierin offenbarte Funktionen, Vorgänge, Handlungen, Prozesse und/oder Verfahren zu implementieren.

ART(EN) ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische beispielhafte Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die vorliegende Offenbarung in die Praxis umgesetzt werden kann. Diese Ausführungsformen werden ausreichend detailliert beschrieben, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die vorliegende Offenbarung auszuführen. Es können jedoch auch andere Ausführungsformen verwendet werden, und Änderungen der Struktur, des Materials und des Prozesses können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.
Die hierin dargestellten Veranschaulichungen sollen keine tatsächlichen Ansichten eines bestimmten Verfahrens oder Systems oder einer bestimmten Vorrichtung oder Struktur sein, sondern sind lediglich idealisierte Darstellungen, die zur Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die hierin dargestellten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Ähnliche Strukturen oder Komponenten in den verschiedenen Zeichnungen können zur Vereinfachung für den Leser die gleiche oder eine ähnliche Nummerierung beibehalten; die Ähnlichkeit in der Nummerierung bedeutet jedoch nicht, dass die Strukturen oder Komponenten notwendigerweise in Größe, Zusammensetzung, Konfiguration oder einer anderen Eigenschaft identisch sind.
Es versteht sich von selbst, dass die Komponenten der Ausführungsformen, wie sie hierin allgemein beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind, in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und gestaltet werden können. Somit soll die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für verschiedene Ausführungsformen.
Die folgende Beschreibung kann Beispiele einschließen, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die offenbarten Ausführungsformen auszuführen. Die Verwendung der Begriffe „beispielhaft“, „als Beispiel“ und „zum Beispiel“ bedeutet, dass die zugehörige Beschreibung erläuternd ist, und obwohl der Schutzumfang der Offenbarung die Beispiele und ihre rechtlichen Äquivalente umfassen soll, ist die Verwendung solcher Begriffe nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang einer Ausführungsform oder dieser Offenbarung auf die spezifizierten Komponenten, Schritte, Merkmale, Funktionen oder dergleichen einzuschränken.
Somit sind die gezeigten und beschriebenen spezifischen Implementierungen nur Beispiele und sollten nicht als die einzige Möglichkeit zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden, sofern hierin nicht anders angegeben. Elemente, Schaltungen und Funktionen können in Blockdiagrammform gezeigt sein, um die vorliegende Offenbarung nicht durch unnötige Details undeutlich werden zu lassen. Umgekehrt sind gezeigte und beschriebene spezifische Implementierungen nur beispielhaft und sollten nicht als die einzige Möglichkeit zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden, sofern hierin nicht anders angegeben. Außerdem sind Blockdefinitionen und die Aufteilung von Logik zwischen verschiedenen Blöcken beispielhaft für eine spezifische Implementierung. Es ist für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung durch zahlreiche andere Aufteilungslösungen ausgeführt werden kann. Auf Details zu zeitlichen Erwägungen und dergleichen wurde größtenteils verzichtet, soweit solche Details für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung nicht erforderlich sind und innerhalb der Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns liegen.
Hierin beschriebene Informationen und Signale können unter Verwendung verschiedener unterschiedlicher Technologien und Techniken dargestellt werden. Zum Beispiel können Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits und Symbole, auf die in der Beschreibung Bezug genommen werden kann, durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, Magnetfelder, optische Felder oder Partikel oder eine beliebige Kombination davon dargestellt werden. Einige Zeichnungen können Signale zur Übersichtlichkeit der Darstellung und Beschreibung als ein einzelnes Signal veranschaulichen. Es sollte für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sein, dass das Signal einen Bus von Signalen darstellen kann, wobei der Bus eine Vielfalt von Bitbreiten aufweisen kann und die Offenbarung auf einer beliebigen Anzahl von Datensignalen, einschließlich eines einzelnen Datensignals, implementiert werden kann.
Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ in Bezug auf einen gegebenen Parameter, eine Eigenschaft oder eine Bedingung und schließen in einem Ausmaß ein, dass Fachleute verstehen würden, dass der gegebene Parameter, die gegebene Eigenschaft oder die gegebene Bedingung mit einem gewissen Grad an Varianz erfüllt ist, wie innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen. Beispielsweise kann ein Parameter, der im Wesentlichen oder etwa ein spezifizierter Wert ist, mindestens etwa 90 % des spezifizierten Werts, mindestens etwa 95 % des spezifizierten Werts, mindestens etwa 99 % des spezifizierten Werts oder sogar mindestens etwa 99,9 % des spezifizierten Werts sein.
Es versteht sich, dass jede Bezugnahme auf ein Element hierin unter Verwendung einer Bezeichnung wie „erste/r/s“, „zweite/r/s“ usw. die Menge oder Reihenfolge dieser Elemente nicht einschränkt, es sei denn, eine solche Einschränkung wird ausdrücklich angegeben. Vielmehr werden diese Bezeichnungen hierin als ein zweckmäßiges Verfahren zum Unterscheiden zwischen zwei oder mehr Elementen oder Instanzen eines Elements verwendet. Ein Verweis auf ein erstes und zweites Element bedeutet also nicht, dass nur zwei Elemente eingesetzt werden dürfen oder dass das erste Element dem zweiten Element in irgendeiner Art und Weise vorhergehen muss. Ebenso kann ein Satz von Elementen, sofern nicht anders angegeben, ein oder mehrere Elemente umfassen. Ebenso können manchmal Elemente, auf die in der Singularform Bezug genommen wird, auch eine oder mehrere Instanzen des Elements einschließen.
Die verschiedenen veranschaulichenden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben werden, können mit einem Allzweckprozessor, einem Spezialprozessor, einem digitalen Signalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einem vor Ort programmierbaren Gate Array (Field Programmable Gate Array, FPGA) oder einer anderen programmierbaren Logikvorrichtung, einer diskreten Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder einer beliebigen Kombination davon, die zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen ausgelegt sind, realisiert oder ausgeführt werden. Ein Allzweckprozessor (der hierin auch als Host-Prozessor oder einfach als Host bezeichnet werden kann) kann ein Mikroprozessor sein, alternativ kann der Prozessor jedoch ein beliebiger herkömmlicher Prozessor, Controller, Mikrocontroller oder Zustandsautomat sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen, wie eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine beliebige andere derartige Konfiguration implementiert sein. Ein Universalcomputer einschließlich eines Prozessors wird als Spezialcomputer angesehen, während der Universalcomputer so konfiguriert ist, dass er Rechenanweisungen (z. B. einen Softwarecode) ausführt, die sich auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen.
Es wird auch angemerkt, dass die Ausführungsformen in Bezug auf einen Prozess beschrieben werden können, der als ein Flussdiagramm, ein Fließschema, ein Strukturdiagramm oder ein Blockdiagramm dargestellt ist. Obwohl ein Flussdiagramm Betriebsvorgänge als einen sequentiellen Prozess beschreiben kann, können viele dieser Vorgänge in einer anderen Reihenfolge, parallel oder im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Außerdem kann die Reihenfolge der Handlungen geändert werden. Ein Prozess kann ohne Einschränkung einem Verfahren, einem Thread, einer Funktion, einer Prozedur, einer Unterroutine oder einem Unterprogramm entsprechen. Des Weiteren können die hierin offenbarten Verfahren in Hardware, Software oder beidem implementiert werden. Bei Implementierung in Software können die Funktionen als eine oder mehrere Anweisungen oder ein Code auf computerlesbaren Medien gespeichert oder übertragen werden. Computerlesbare Medien schließen sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien, einschließlich aller Medien, welche die Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen unterstützen, ein.
Wie hierin verwendet, bedeutet „Ein-Draht-Element“ oder „Ein-Draht-Vorrichtung“ eine Vorrichtung, die den digitalen Eingang/Ausgang und die Stromversorgung unter Verwendung eines einzelnen Stifts kombiniert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein solches Element so konfiguriert sein, dass es die Spannung an einem einzelnen Stift des Ein-Draht-Elements (relativ zu einem anderen Stift des Ein-Draht-Elements) erfasst und die erfasste Spannung als Eingang verwendet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Ein-Draht-Element zwischen einer ersten Spannungsleitung und einer zweiten Spannungsleitung (wobei die zweite Schaltungsleitung mit einer Schaltungsmasse verbunden ist) eingerichtet sein. Eine andere Vorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Spannung und/oder einen Strom auf den Spannungsleitungen (wobei die Spannungsänderung relativ zu der anderen Spannungsleitung ist) zu ändern. Das Ein-Draht-Element kann die Änderungen der Spannung und/oder des Stroms erfassen und basierend auf den Änderungen ein Signal interpretieren, während es intern weiterarbeitet, wenn seine Eingangsleistung auf Null reduziert ist. Das Ein-Draht-Element kann basierend auf Änderungen der Spannung und/oder des Stroms auf der ersten Spannungsleitung eine digitale Nachricht empfangen.
Darüber hinaus kann das Ein-Draht-Element so konfiguriert sein, dass es die Spannung und/oder den Strom am einzelnen Stift ändert, um einen Ausgang bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Ein-Draht-Element zwischen einer ersten Spannungsleitung und einer zweiten Spannungsleitung eingerichtet sein. Während eines denkbaren Betriebs kann das Ein-Draht-Element den Stromfluss durch das Ein-Draht-Element verhindern (d. h. verhindern oder im Wesentlichen behindern), sodass die erste Spannungsleitung auf einer Referenzspannung verbleibt, oder das Ein-Draht-Element kann den Stromfluss durch das Ein-Draht-Element ermöglichen (d. h. den Stromfluss ermöglichen oder eine erhöhte Stromflussmenge ermöglichen), sodass die erste Spannungsleitung in die Nähe der Spannung der zweiten Spannungsleitung gezogen wird. Das Ein-Draht-Element kann ein Signal (z. B. ein Bit zu einem Zeitpunkt, ohne darauf beschränkt zu sein) durch Ändern oder Nichtändern der Spannung und/oder des Stroms der Spannungsleitung übertragen. Eine andere Vorrichtung, die zum Messen einer Spannung und/oder eines Stroms an der ersten Spannungsleitung eingerichtet ist, kann die Änderungen der Spannung und/oder des Stroms erfassen und das Signal des Ein-Draht-Elements empfangen und/oder interpretieren. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die andere Vorrichtung zwischen der ersten Spannungsleitung und der zweiten Spannungsleitung eingerichtet sein und kann die Spannung der ersten Spannungsleitung relativ zu der zweiten Spannungsleitung messen und dadurch ein Signal aus dem Ein-Draht-Element basierend auf Änderungen der Spannung der ersten Spannungsleitung empfangen. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die andere Vorrichtung eingerichtet sein, um einen Strom oder eine Spannung eines anderen Punktes oder einer anderen Leitung zu messen und das digitale Signal aus dem Ein-Draht-Element basierend auf dem gemessenen Strom oder der Spannung des anderen Punktes oder der anderen Leitung zu empfangen.
In einigen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, eine Ein-Draht-Vorrichtung in Parallelschaltung mit einem niederohmigen Element zu haben. Wenn eine Ein-Draht-Vorrichtung parallel mit einem niederohmigen Element geschaltet ist, kann die Änderung der Spannung und/oder des Stroms infolge des Betriebs der Ein-Draht-Vorrichtung für die Kommunikation unzureichend sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Änderung der Spannung und/oder des Stroms unterhalb des Bereichs liegen, der einem Kommunikationsprotokoll entspricht, oder nicht innerhalb des Betriebsbereichs eines digitalen Eingangs einer anderen Vorrichtung liegen, welche die Kommunikationssignale empfängt.
Man betrachte ein nicht einschränkendes Beispiel, in dem ein Ein-Draht-Element parallel mit einem niederohmigen Element geschaltet ist (eine Parallelschaltung bildet) und die Impedanz des Ein-Draht-Elements (wenn es einen Stromfluss (oder einen erhöhten Stromfluss) vom einzelnen Stift zum Erdungsstift zulässt) zehnmal (oder mehr) größer ist als eine Impedanz des niederohmigen Elements. Wenn das Ein-Draht-Element versucht, ein digitales Signal zu erzeugen, kann es nur ein Zehntel (oder weniger) des Stroms des niederohmigen Elements aufnehmen. In einem Fall, in dem ein statischer Strom von 3A die Parallelschaltung versorgt, moduliert die Ein-Draht-Vorrichtung also einen statischen Strom von 3 A mit einem Datensignal von 300 mA. Diese Menge an Stromänderung kann unzureichend sein, um ein Signal zu erzeugen, das groß genug ist, um in einem Betriebsbereich einer digitalen Vorrichtung zu liegen, die das Signal empfängt.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ein Ein-Draht-Element in Parallelschaltung mit einem niederohmigen Element einschließen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Kommunikation zu und/oder von dem Ein-Draht-Element bereitgestellt werden, das parallel mit dem niederohmigen Element geschaltet ist. Eine oder mehrere Ausführungsformen können eine Schnittstelle einschließen, die Signalkonditionierungselemente einschließt, die so konfiguriert sind, dass sie ein von einem Ein-Draht-Element in Parallelschaltung mit einer niederohmigen Vorrichtung erzeugtes Signal empfangen und ein von dem Ein-Draht-Element zur Kommunikation verwendetes digitales Signal wiederherstellen und verstärken.
Eine Ausführungsform kann sich im Allgemeinen auf ein System beziehen, das ein austauschbares Modul und eine Benutzervorrichtung einschließt, die für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert ist. Das austauschbare Modul kann ein niederohmiges Element und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement in Parallelschaltung mit dem niederohmigen Element einschließen. Die Benutzervorrichtung kann eine Stromquelle einschließen und/oder Mittel zur Wirkkopplung mit einer Stromquelle einschließen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, können die Mittel zur Wirkkopplung eine oder mehrere von einer elektrischen Kopplung und einer mechanischen Kopplung einschließen. Die elektrische Kopplung kann elektrische Kontakte einschließen, die konfiguriert sind, um Leistung zwischen der Benutzervorrichtung und der Stromquelle zu übertragen. Die mechanische Kopplung kann, als nicht einschränkende Beispiele, einen Slot, einen Hohlraum, einen Spalt, eine Klammer, eine Feder oder Gewinde einschließen, die so konfiguriert sind, dass die Stromquelle relativ zur Benutzervorrichtung gehalten wird. Die Benutzervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie dem austauschbaren Modul (welches das niederohmige Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement einschließt) Strom bereitstellt. Die Benutzervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchführt.
1 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Systems 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das System 100 kann die Stromquelle 102, die Stromumschaltung 104, das austauschbare Modul 106, die Signalkonditionierungseinheit 108, die Authentifizierungseinheit 110 und die Stromsteuerungseinheit 112 einschließen.
Das System 100 kann konfiguriert sein, um ein austauschbares Modul 106 bereitzustellen. Darüber hinaus kann das System 100 konfiguriert sein, um das austauschbare Modul 106 zu authentifizieren. Die Stromquelle 102 kann das System 100 mit Strom versorgen. Die Stromquelle 102 kann eine Gleichstrom-Spannungsquelle (DC-Spannungsquelle) einschließen, z. B. eine austauschbare Batterie, eine wiederaufladbare Batterie, eine Solarzelle oder einen Transformator, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Stromumschaltung 104 kann konfiguriert sein, um die Stromquelle 102 mit den verschiedenen anderen Elementen des Systems 100 zu verbinden oder von ihnen zu trennen. Die Stromumschaltung 104 kann konfiguriert sein, um eine Schaltung zwischen der Stromquelle 102, verschiedenen Elementen des Systems 100 und einer relativen Schaltungsmasse zu schließen.
Die Stromumschaltung 104 kann beliebige Mittel zum abwechselnden Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung einschließen, z. B. einen physischen Schalter, eine Diode oder einen Transistor, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Stromumschaltung 104 kann eine beliebige Anzahl von Mitteln zum abwechselnden Herstellen und Unterbrechen von Verbindungen einschließen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Stromumschaltung 104 Mittel zum abwechselnden Herstellen und Unterbrechen elektrischer Verbindungen zwischen der Stromquelle 102 und jedem der austauschbaren Module 106, der Signalkonditionierungseinheit 108 und der Authentifizierungseinheit 110 einschließen. In einigen Ausführungsformen kann die Stromumschaltung 104 mehrere Mittel zum abwechselnden Herstellen und Unterbrechen von Verbindungen zwischen der Stromquelle 102 und einem der anderen Elemente einschließen. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel kann die Stromumschaltung 104 zwei Schalter zwischen der Stromquelle 102 und dem austauschbaren Modul 106 einschließen, sodass beide Schalter in einen bestimmten Zustand geschaltet werden müssen, damit der Strom von der Stromquelle 102 zum austauschbaren Modul 106 fließt.
In dem Fall, in dem das System 100 in einer Benutzervorrichtung verwendet wird, kann die Stromumschaltung 104 eine externe Taste (z. B. eine Ein-/Aus-Taste oder einen Schalter, ohne darauf beschränkt zu sein) einschließen, die mit einer oder mehreren elektrischen Verbindungen zwischen der Stromquelle 102 und anderen Elementen des Systems 100 verbunden werden kann. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel kann die externe Taste konfiguriert sein, um eine elektrische Verbindung zwischen der Stromquelle 102 und dem austauschbaren Modul 106 herzustellen oder zu unterbrechen. Darüber hinaus kann, wie vorstehend beschrieben, die Stromumschaltung 104 einen zusätzlichen Schalter einschließen, der so konfiguriert ist, dass er abwechselnd einen Stromkreis schließt oder unterbricht, der das austauschbare Modul 106 mit Strom versorgen würde.
Die Stromsteuerungseinheit 112 kann im Allgemeinen so konfiguriert sein, dass sie die Stromumschaltung 104 steuert, um die Stromquelle 102 auf verschiedene Weise mit anderen Elementen des Systems 100 zu verbinden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, als Reaktion auf Steuersignale von der Authentifizierungseinheit 110 (z. B. ein Aktivierungssignal, das von der Authentifizierungseinheit 110 als Reaktion auf die erfolgreiche Authentifizierung eines austauschbaren Moduls 106 erzeugt wird, wie hierin beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein). Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel kann die Stromsteuerungseinheit 112 eine Logikschaltlogik (nicht dargestellt) einschließen, um zu bestimmen, wann die Stromversorgung von der Stromquelle 102 zu einer oder mehreren der Signalkonditionierungseinheit 108, der Authentifizierungseinheit 110 und dem austauschbaren Modul 106 aktiviert und deaktiviert werden soll. Die Stromquelle 102 und die Stromumschaltung 104 sind in 1 als Elemente der Stromsteuerungseinheit 112 abgebildet, um zu veranschaulichen, dass die Stromsteuerungseinheit 112 so konfiguriert sein kann, dass sie zumindest teilweise die Stromversorgung von der Stromquelle 102 und insbesondere die Stromumschaltung 104 in Bezug auf die Stromquelle 102 steuert (d. h. direkt und/oder indirekt den Betrieb davon steuert). Die Stromsteuerungseinheit 112 kann ein oder mehrere Module, Schaltungen, Prozessoren, Steuerungen und/oder Zustandsautomaten sein und/oder einschließen, die so konfiguriert sind, dass sie die Merkmale und Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Stromsteuerungseinheit 112 durchführen. Als nicht einschränkende Beispiele können ein Mikroprozessor und/oder Mikrocontroller konfiguriert sein, um eines oder mehrere der Merkmale oder Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Stromsteuerungseinheit 112 durchzuführen (z. B. der in 6A und 6B abgebildete Mikroprozessor 114).
Das austauschbare Modul 106 kann so konfiguriert sein, dass es eine Authentifizierungsantwort auf einen Aufforderung/Antwort-Authentifizierungsprozess bereitstellt und eine oder mehrere andere Funktionen durchführt. Andere Funktionen können, als nicht einschränkende Beispiele, das Erwärmen, Beleuchten und/oder Abtasten einschließen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das austauschbare Modul 106 ein niederohmiges Element in Parallelschaltung mit einem Ein-Draht-Element einschließen. Eine Ausführungsform des austauschbaren Moduls 106 wird nachstehend in Bezug auf das austauschbare Modul 200 von 2 beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann das austauschbare Modul 106 ein Heizelement in Parallelschaltung mit einer integrierten Schaltung (IC) einschließen, wobei die IC konfiguriert ist, um eine Authentifizierungsantwort bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann das austauschbare Modul 106 konfiguriert sein, um eine Authentifizierungsantwort auf eine Authentifizierungsaufforderung bereitzustellen, einschließlich einer Authentifizierungsaufforderung, die durch die Authentifizierungseinheit 110 bereitgestellt wird.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann konfiguriert sein, um Signale zu empfangen und zu konditionieren, die Kommunikationsnachrichten tragen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Authentifizierungsantworten, die durch das austauschbare Modul 106 bereitgestellt werden, und eine konditionierte Authentifizierungsantwort an die Authentifizierungseinheit 110 bereitzustellen. In einem denkbaren Betrieb kann das austauschbare Modul 106 ein digitales Signal zum Tragen einer Authentifizierungsantwort erzeugen, und die Signalkonditionierungseinheit 108 kann das digitale Signal erfassen, empfangen, wiederherstellen und/oder verstärken, sodass es durch die Authentifizierungseinheit 110 interpretierbar ist (z. B. innerhalb eines Betriebsbereichs eines digitalen Eingangs, ohne darauf beschränkt zu sein). Als nicht einschränkende Beispiele kann die Signalkonditionierungseinheit 108 konfiguriert sein, um Vorgänge durchzuführen, um eines oder mehrere der Folgenden durchzuführen: Entfernen einer Spannungsvorspannung aus dem Signal, Filtern des Signals (zum Entfernen von Rauschen), Verstärken des Signals und Formen des Signals. In 4 sind als Beispiel denkbare Vorgänge eines Signalkonditionierungsflusses, für den die Signalkonditionierungseinheit 108 zur Durchführung konfiguriert sein kann, als Signalkonditionierungsfluss 400 dargestellt.
In einigen Fällen kann die Signalkonditionierungseinheit 108 so konfiguriert sein, dass sie das Signal während bestimmter Zeitperioden konditioniert (z. B. wenn erwartet wird, dass das austauschbare Modul 106 ein Signal erzeugt und/oder nachdem eine Authentifizierungsaufforderung gesendet wurde, ohne darauf beschränkt zu sein) und während anderer Zeitperioden nicht arbeitet. Wie hierin erläutert, kann die Signalkonditionierungseinheit 108 somit einen oder mehrere optionale Eingänge einschließen, die vom System 100 verwendet werden können, um zu bestimmen und/oder zu steuern, wann die Signalkonditionierungseinheit 108 arbeitet. Zusätzlich oder alternativ kann die Stromsteuerungseinheit 112 so konfiguriert sein, dass sie die Stromumschaltung 104 so steuert, dass sie der Signalkonditionierungseinheit 108 während der bestimmten Zeitperioden Strom bereitstellt und während der anderen Zeitperioden nicht. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 veranlasst werden, während der bestimmten Zeitperioden zu arbeiten und während der anderen Zeitperioden nicht zu arbeiten, um den vom System 100 verbrauchten Strom zu konservieren.
Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um das austauschbare Modul 106 zu authentifizieren, indem sie die Authentifizierungsaufforderung bereitstellt und/oder die Authentifizierungsantwort überprüft, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um eine Authentifizierungsaufforderung für das austauschbare Modul 106 bereitzustellen. Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um (über die Signalkonditionierungseinheit 108) eine Authentifizierungsantwort von dem austauschbaren Modul 106 zu empfangen, um zu bestimmen, ob die Authentifizierungsantwort gültig oder ungültig ist, und um das austauschbare Modul 106 in Reaktion darauf zu verifizieren, ob die Authentifizierungsantwort gültig oder ungültig ist.
Die Authentifizierungseinheit 110 kann ein oder mehrere Module, Schaltungen, Prozessoren, Steuerungen und/oder Zustandsautomaten sein und/oder einschließen, die so konfiguriert sind, dass sie Merkmale und Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Authentifizierungseinheit 110 durchführen. Als nicht einschränkende Beispiele können ein Mikroprozessor und/oder Mikrocontroller konfiguriert sein, um eines oder mehrere der Merkmale oder Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Authentifizierungseinheit 110 durchzuführen. In verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere Mikroprozessoren und/oder Mikrocontroller konfiguriert sein, um die Merkmale oder Funktionen von Ausführungsformen sowohl der Authentifizierungseinheit 110 als auch der Stromsteuerungseinheit 112 durchzuführen.
In verschiedenen denkbaren Betriebsarten des Systems 100 kann die Authentifizierungseinheit 110 den Stromfluss zum austauschbaren Modul 106 und den Komponenten davon indirekt steuern, indem sie den Betrieb der Stromumschaltung 104 über die Stromsteuerungseinheit 112 anweist. Insbesondere kann die Authentifizierungseinheit 110 so konfiguriert sein, dass sie ein Signal (in 1 als „Aktivieren“ dargestellt) an die Stromsteuerungseinheit 112 sendet. Als nicht einschränkende Beispiele kann Aktivieren die Stromsteuerungseinheit 112 anweisen, den Stromfluss durch das austauschbare Modul 106 zu ermöglichen oder die Stromsteuerungseinheit 112 über eine Bedingung zu informieren, die den Stromfluss durch das austauschbare Modul 106 zulässt (oder hemmt). Die Stromsteuerungseinheit 112 kann so konfiguriert sein, dass sie einen Schalter der Stromumschaltung 104, z. B. einen Schalter zwischen dem austauschbaren Modul 106 und einer relativen Masse, ohne darauf beschränkt zu sein, als Durchsetzungsmechanismus verwendet, um zu ermöglichen, dass Strom durch das austauschbare Modul 106 als Reaktion auf eine Anzeige (oder das Erfdassen einer Bedingung, die einer gültigen Authentifizierungsantwort zugeordnet ist) fließt (z. B. angezeigt durch ein von der Authentifizierungseinheit 110 erzeugtes Aktivierungssignal, ohne darauf beschränkt zu sein), und um zu verhindern, dass Strom durch das austauschbare Modul 106 als Reaktion auf den Empfang einer Anzeige (oder das Erfassen einer Bedingung, die einer ungültigen Authentifizierungsantwort zugeordnet ist) fließt. Nicht einschränkende Beispiele für das Empfangen einer ungültigen Authentifizierungsantwort sind das Nicht-Empfangen oder Erfassen einer Authentifizierungsantwort, das Nicht-Empfangen einer Authentifizierungsantwort innerhalb einer bestimmten Zeitperiode nach dem Senden einer Authentifizierungsaufforderung und das Empfangen einer Authentifizierungsantwort, die inkorrekte Authentifizierungsinformationen einschließt. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass ein Signal, wie das in 1 dargestellte Aktivieren, fixiert werden kann (z. B. als aktiviert fixiert), ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu überschreiten.
Die in 1 dargestellten Linien zwischen verschiedenen Elementen des Systems 100 stellen eine oder mehrere physische Verbindungen, elektrische Verbindungen, logische Verbindungen und/oder kommunikative Verbindungen dar, ohne darauf beschränkt zu sein. Mit Wörtern und Pfeilen versehene Linien stellen eine zusätzliche Kommunikation und/oder Vorgänge von Merkmalen und/oder Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen dar. Eine andere Ausführungsform bezieht sich allgemein auf ein austauschbares Modul, das ein niederohmiges Element und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement in Parallelschaltung mit dem niederohmigen Element einschließt. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement kann eine Ein-Draht-Vorrichtung zum Bereitstellen einer Antwort eines Aufforderung/Antwort-Paares einschließen. Das niederohmige Element kann eine niedrigere Impedanz aufweisen als das Ein-Draht-Authentifizierungselement. Das austauschbare Modul kann zwei externe Stifte (einen ersten externen Stift und einen zweiten externen Stift) aufweisen, um mit Elementen außerhalb des austauschbaren Moduls verbunden zu werden. Ein erster externer Stift kann mit dem niederohmigen Element und einem Eingangs-/Ausgangsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements wirkgekoppelt sein. Ein zweiter externer Stift kann mit dem niederohmigen Element und einem Erdungsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements wirkgekoppelt sein. Das niederohmige Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement können in dem austauschbaren Modul als Parallelschaltung eingerichtet sein.
2 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines austauschbaren Moduls 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das austauschbare Modul 200 ist ein Beispiel für eine Ausführungsform des austauschbaren Moduls 106 von 1. Wie in 2 dargestellt, kann das austauschbare Modul 200 ein niederohmiges Element 202 und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 einschließen. Das austauschbare Modul 200 kann eine erste Verbindung zwischen einer ersten Seite des niederohmigen Elements 202 und dem Eingangs-/Ausgangsstift 220 des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 einschließen. Die erste Verbindung ist als obere Leitung 206 dargestellt, die eine oder mehrere elektrische Verbindungen einschließen kann. Das austauschbare Modul 200 kann eine zweite Verbindung zwischen einer zweiten Seite des niederohmigen Elements 202 und dem Erdungsstift 222 des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 einschließen. Die zweite Verbindung ist als untere Leitung 208 dargestellt, die eine oder mehrere elektrische Verbindungen einschließen kann.
Das niederohmige Element 202 und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204, das durch die obere Leitung 206 und die untere Leitung 208 verbunden ist, bilden eine Parallelschaltung 218 (d. h. das niederohmige Element 202 kann elektrisch in Parallelschaltung mit dem Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 eingerichtet sein).
Die Parallelschaltung 218 kann einen ersten Strom 210 auf parallele Strompfade aufteilen (d. h. ein zweiter Strom 212 kann durch einen Strompfad durch das niederohmige Element 202 fließen und ein dritter Strom 214 kann durch einen Strompfad durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 fließen).
Das niederohmige Element 202 kann ein oder mehrere Elemente einschließen, die eine Impedanz aufweisen, die im Verhältnis zur Impedanz des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 klein ist. Das niederohmige Element 202 kann, als nicht einschränkende Beispiele, ein Heizelement, ein Licht oder einen Sensor einschließen. In einer Ausführungsform ist die Impedanz des niederohmigen Elements 202 kleiner als oder gleich 1/10 der Impedanz des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204.
Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es Ausgänge (d. h. Ausgangssignale zur Übertragung von Nachrichten) bereitstellt, die zur Authentifizierung des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 und damit zur Erweiterung des austauschbaren Moduls 200 verwendet werden können. Die Authentifizierungseinheit 110 von 1 kann so konfiguriert sein, dass sie die Ausgänge des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 nach der Konditionierung durch die Signalkonditionierungseinheit 108 empfängt und das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 und/oder das austauschbare Modul 200 authentifiziert. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann eine Ein-Draht-Vorrichtung, z. B. eine integrierte Schaltung (IC) einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann eine kryptografische IC (nicht dargestellt) einschließen, die so konfiguriert sein kann, dass sie einen oder mehrere kryptografische Vorgänge durchführt, um eine Authentifizierungsantwort auf eine Authentifizierungsaufforderung zu erzeugen. Nicht einschränkende Beispiele für das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 schließen ein auf einem sicheren Hash-Algorithmus (SHA) basierendes Krypto-Authentifizierungselement (wie ATSHA204, ATSHA206 und ATSHA256, die im Handel von Microchip Technology Incorporated erhältlich sind) ein, oder ein auf elliptischer Kurvenverschlüsselung (ECC) basierendes Krypto-Authentifizierungs-Krypto-Element (wie ATECC108, ATECC508 und ECC608 von Microchip Technology Incorporated und ähnlichen Vorrichtungen, ohne darauf beschränkt zu sein).
In einigen Fällen kann ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 so konfiguriert sein, dass es einen Ausgang (ein Authentifizierungssignal) bereitstellt, ohne zuvor eine Authentifizierungsaufforderung empfangen zu haben. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 so konfiguriert sein, dass es eingeschaltet wird, dann eine vorbestimmte Zeitdauer wartet, dann das Authentifizierungssignal bereitstellt. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 so konfiguriert werden, dass es in regelmäßigen Intervallen ein Authentifizierungssignal bereitstellt.
Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es Eingänge empfängt (z. B. am Eingangs-/Ausgangsstift 220). Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es eine Spannungsdifferenz zwischen der oberen Leitung 206 und der unteren Leitung 208 erfasst. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es Änderungen in der Spannungsdifferenz als Eingang interpretiert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann eine erste Spannungsdifferenz, die einen ersten Schwellenwert erfüllt, als ein „hoher“ Eingang oder eine logische „1“ behandelt werden (z. B. wenn die Differenz zwischen der Spannung der oberen Leitung 206 und der unteren Leitung 208 größer als 2 Volt ist, kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 dies als einen „1“-Eingang interpretieren, ohne darauf beschränkt zu sein), und eine zweite Spannungsdifferenz, die einen zweiten Schwellenwert erfüllt, kann als ein „niedriger“ Eingang oder eine logische „0“ behandelt werden (z. B. wenn die Differenz zwischen der Spannung der oberen Leitung 206 und der unteren Leitung 208 weniger als 2 Volt beträgt, kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 dies als „0“-Eingang interpretieren, ohne darauf beschränkt zu sein).
Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es Ausgangssignale am Eingangs-/Ausgangsstift 220 bereitstellt. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 kann so konfiguriert sein, dass es eine Spannung und/oder einen Strom am Eingangs-/Ausgangsstift 220 derart verändert, dass sie/er als Ausgangssignal erfassbar und interpretierbar ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 so konfiguriert sein, dass es eine Spannung und/oder einen Strom am Eingangs-/Ausgangsstift 220 ändert, indem es den dritten Strom 214, der von der oberen Leitung 206 zur unteren Leitung 208 fließt, abwechselnd erhöht und verringert.
Ein solches Erhöhen und Verringern des dritten Stroms 214 durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement kann so modelliert werden, dass das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 zwischen einem niederohmigen Betriebsmodus und einem hochohmigen Betriebsmodus wechselt. Der niederohmige Betriebsmodus kann so modelliert werden, dass ermöglicht wird, dass ein großer Teil des dritten Stroms 214 durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 fließt (z. B. durch Senken einer internen Impedanz des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 (z. B. 100 Ohm)). Der hochohmige Betriebsmodus könnte so modelliert werden, dass verhindert oder eingeschränkt wird, dass der dritte Strom 214 durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 fließt (z. B. durch Einstellen einer hohen internen Impedanz des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 (z. B. 10 Kiloohm oder höher)). Somit kann in einigen Fällen ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 als Widerstandsschalter modelliert werden.
Ein spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel für ein Widerstandsschaltermodell ist in 2 und 3 als Widerstandsschaltermodell 216 dargestellt. Wenn der Schalter geschlossen ist, beträgt der Widerstand R2 des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 etwa das 10-fache von R1 (R1 ist die Impedanz des niederohmigen Elements 202). Wenn der Schalter geöffnet ist, beträgt der Widerstand R2 des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 das 1000-fache oder mehr von R1.
Im austauschbaren Modul 200 weist das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 eine Impedanz auf, die viel größer ist als die Impedanz des niederohmigen Elements 202 (selbst wenn das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 den Fluss der maximalen Menge des dritten Stroms 214 zwischen dem Eingangs-/Ausgangs-Stift 220 und dem Erdungsstift 222 ermöglicht) (z. B. durch einen niederohmigen Betriebsmodus). In den spezifischen, nicht einschränkenden Beispielen, die in 2 und 3 dargestellt sind, weist das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 eine Impedanz auf, die zehnmal größer ist als die des niederohmigen Elements 202. Wenn das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 den Fluss einer maximalen Menge des dritten Stroms 214 nicht zulässt (z. B. weil es sich in einem hochohmigen Betriebsmodus befindet), ist die Impedanz des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 im spezifischen, nicht einschränkenden Beispiel, das in 2 dargestellt ist, 1000 Mal oder mehr größer als im niederohmigen Modus.
Da das niederohmige Element 202 parallel mit einem Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 geschaltet ist und das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 eine größere Impedanz aufweist als das niederohmige Element 202, kann der erste Strom 210 (und der zweite Strom 212) annähernd gleich groß sein, unabhängig davon, ob sich das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 in einem niederohmigen Betriebsmodus (der z. B. den maximalen Fluss des dritten Stroms 214 zulässt) oder in einem hochohmigen Betriebsmodus (der z. B. den Fluss des dritten Stroms 214 einschränkt) befindet.
Als nicht einschränkendes Beispiel sei ein Fall betrachtet, in dem: die obere Leitung 206 auf einer Spannung von 3 Volt über der unteren Leitung 208 gehalten wird (z. B. durch die Stromquelle 102 von 1, ohne darauf beschränkt zu sein); das niederohmige Element 202 eine Impedanz von 1 Ohm (d. h. R1 = 1 Ohm) aufweist; das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204, während es sich in einem niederohmigen Betriebsmodus befindet, eine Impedanz von 100 Ohm aufweist (d. h. R2 = 100 Ohm); und das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 in einem hochohmigen Betriebsmodus eine Impedanz von 10 Kiloohm aufweist (d. h. R2 = 10.000 Ohm). Wenn sich das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 im hochohmigen Modus befindet, weist die Parallelschaltung 218 somit eine Nettoimpedanz von 0,9999 Ohm auf, was zu einem ersten Strom 210 von 3,0003 Ampere, einem zweiten Strom 212 von 3,0 Ampere und einem dritten Strom 214 von 0,3 Milli-Ampere führt. Wenn sich das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 in einem niederohmigen Betriebsmodus befindet, weist die Parallelschaltung 218 eine Nettoimpedanz von etwa 0,99 Ohm auf, was zu einem ersten Strom 210 von 3,030 Ampere, einem zweiten Strom 212 von etwa 3 Ampere und einem dritten Strom 214 von etwa 30 Milliampere führt.
Somit kann es in einigen Fällen für eine andere Vorrichtung schwierig oder unmöglich sein, ein Ausgangssignal des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 zu erfassen und/oder zu interpretieren, da das Ausgangssignal den Strom und/oder die Spannung des Systems 100 nur um einen kleinen Prozentsatz seiner Gesamtgröße (z. B. 1 % oder weniger, ohne darauf beschränkt zu sein) modulieren kann und die Änderung unter einem Schwellenwert für die Erfassung eines Signals liegen kann. Das System 100 aus 1 kann in seiner Gesamtheit so konfiguriert sein, dass eine Ein-Draht-Authentifizierung parallel mit einem niederohmigen Element (wie die in 2 und 3 dargestellte Schaltung) das Kommunizieren mit einer externen Vorrichtung trotz des relativ kleinen Strom- und/oder Spannungsunterschieds zulässt, der durch den Betrieb des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 veranlasst wird. 3 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines austauschbaren Moduls 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 3 veranschaulicht eine konzeptionelle Übertragung von Signalen am austauschbaren Modul 200 von 2. Das austauschbare Modul 200 schließt ein niederohmiges Element 202, ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204, eine obere Leitung 206, eine untere Leitung 208, ein Widerstandsschaltermodell 216, einen Eingangs-/Ausgangsstift 220 und einen Erdungsstift 222 ein.
Das Stromsignal 302 kann die Eingangsleistung (z. B. Gleichspannung, ohne darauf beschränkt zu sein) darstellen, die von einer Stromquelle mit einer Ausgangsimpedanz ungleich Null (z. B. Stromquelle 102 von 1, ohne darauf beschränkt zu sein) geliefert wird. Das digitale Ausgangssignal 306 kann ein digitales Signal darstellen, das durch den Betrieb des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 erzeugt wird (z. B. eine Änderung des Stroms und/oder der Spannung, die sich daraus ergibt, dass das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 den Stromfluss verändert, ohne darauf beschränkt zu sein).
Auch wenn es als nach rechts aus dem austauschbaren Modul 200 fließend dargestellt ist, kann das modulierte Stromsignal 304 das durch das digitale Ausgangssignal 306 modifizierte Stromsignal 302 darstellen. Das modulierte Stromsignal 304 kann eine Änderung der Spannung an der oberen Leitung 206 oder eine Änderung der Spannung oder des Stroms an einem anderen Punkt darstellen, der durch den Betrieb des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 verändert wird.
Das Stromsignal 302 (die von der Stromquelle 102 gelieferte Spannung) kann in Bezug auf das digitale Ausgangssignal 306 (die Größe der Spannungs- und/oder Stromänderungen aufgrund des Betriebs des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204) groß sein. Somit kann das modulierte Stromsignal 304 das Stromsignal 302 (Strom von der Stromquelle 102) und das digitale Ausgangssignal 306 einschließen. Das digitale Ausgangssignal 306 kann im modulierten Stromsignal 304 schwer zu erfassen und/oder zu interpretieren sein.
Das digitale Eingangssignal 308 kann ein digitales Signal darstellen, das als Eingang für das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 verwendet werden soll. Das digitale Eingangssignal 308 kann durch Änderung der Spannung an der unteren Leitung 208 erzeugt werden, z. B. durch Öffnen einer Schaltung, ohne darauf beschränkt zu sein. Als nicht einschränkendes Beispiel, um wieder auf 1 zurückzukommen, kann die Authentifizierungseinheit 110 so konfiguriert sein, dass sie einen Schalter der Stromumschaltung 104 öffnet, wodurch verhindert werden kann, dass der gesamte Strom im austauschbaren Modul 200 fließt. Das Öffnen und Schließen des Schalters kann durch ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 als digitales Eingangssignal 308 interpretiert werden.
4 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm des Signalkonditionierungsflusses 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die von der Signalkonditionierungseinheit 108 von 1 durchgeführt werden können. Der Signalkonditionierungsfluss 400 kann den Offset-Entfernungsblock 402, den Filterblock 404, den Verstärkungsblock 406 und den Wellenformungsblock 408 einschließen. Obgleich in einer spezifischen Reihenfolge dargestellt, würde ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass die Funktionsblöcke des Signalkonditionierungsflusses 400 in jeder beliebigen Reihenfolge erfolgen können. Obwohl als einzelne Blöcke veranschaulicht, können darüber hinaus mehrere Instanzen beliebiger der Blöcke des Signalkonditionierungsflusses 400 vorhanden sein, und mehrere Instanzen können in beliebiger Reihenfolge eingerichtet sein, und einige Funktionsblöcke können in weniger Funktionsblöcken als den dargestellten ausgeführt werden. In der Tat können Funktionsblöcke dem Signalkonditionierungsfluss 400 zugegeben und entfernt werden, ohne von der Allgemeinheit dieser Beschreibung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Signalkonditionierungsfluss 400 den Offset-Entfernungsblock 402 einschließen, gefolgt von einem ersten Filterblock 404, gefolgt von einem ersten Verstärkungsblock 406, gefolgt von einem zweiten Filterblock 404, gefolgt von einem zweiten Verstärkungsblock 406, gefolgt von einem Wellenformungsblock 408. Zusätzlich oder alternativ kann einer der mehreren der Blöcke gleichzeitig und/oder am selben Ort und/oder durch den Betrieb desselben Elements erfolgen.
Am Offset-Entfernungsblock 402 kann ein Signal (z. B. das modulierte Stromsignal 304 von 3, ohne darauf beschränkt zu sein) durch die Entfernung eines Offsets verändert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann, wenn das modulierte Stromsignal durch einen 3-Ampere-Strom (z. B. das Stromsignal 302 in 3) gekennzeichnet ist, der durch einen 30-Milliampere-Strom (z. B. das digitale Ausgangssignal 306 in 3) moduliert wird, der Offset-Entfernungsblock 402 das modulierte Stromsignal ausgleichen. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann der Offset-Entfernungsblock 402 eine Stromänderung messen, die sich aus dem Betrieb des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 ergibt (welches ein vom Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 erzeugtes Signal einschließen kann), und nicht einen Strom durch einen bestimmten Abschnitt des Systems 100. Zum Zwecke der Beschreibung des Signalkonditionierungsflusses 400 kann der Offset-Entfernungsblock 402 ein moduliertes Stromsignal empfangen und als Reaktion auf das modulierte Stromsignal ein nivelliertes Signal ausgeben.
Am Filterblock 404 kann das nivellierte Signal gefiltert werden, um Rauschen (z. B. Taktrauschen, ohne darauf beschränkt zu sein) zu entfernen. Die Filterung am Filterblock 404 kann unter Verwendung beliebiger Mittel durchgeführt werden, einschließlich, als nicht einschränkende Beispiele: passive Filter, Inverter und/oder Verstärker. Zum Zwecke der Beschreibung des Signalkonditionierungsflusses 400 kann der Filterblock 404 ein gefiltertes Signal als Reaktion auf das nivellierte Signal ausgeben.
Am Verstärkungsblock 406 kann das gefilterte Signal verstärkt werden. Die Verstärkung am Verstärkungsblock 406 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten elektronischen Komponente zum Verstärken von Signalen erreicht werden, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: einen Operationsverstärker oder einen Wechselrichter. Zum Zwecke der Beschreibung des Signalkonditionierungsflusses 400 kann der Verstärkungsblock 406 ein verstärktes Signal als Reaktion auf das gefilterte Signal ausgeben.
Am Wellenformungsblock 408 kann das verstärkte Signal so geformt werden, dass es einem digitalen Signal näher kommt. Die Formgebung kann unter Verwendung beliebiger Mittel erreicht werden, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel: eines Analogkomparators. Zum Zwecke der Beschreibung des Signalkonditionierungsflusses 400 kann der Wellenformungsblock 408 ein digitales Signal als Reaktion auf das verstärkte Signal des Verstärkungsblocks 406 ausgeben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann das digitale Signal des Signalkonditionierungsflusses 400, das von der Signalkonditionierungseinheit 108 ausgegeben wird, so konfiguriert sein, dass es von der Authentifizierungseinheit 110 empfangen und interpretiert wird. Somit kann der Signalkonditionierungsfluss 400 so konfiguriert sein, dass er ein digitales Signal bereitstellt, das Spannungs- und/oder Zeitcharakteristiken aufweist, die den Eingangsanforderungen der Authentifizierungseinheit 110 entsprechen.
5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Schaltung 500, die ein austauschbares Modul 106 einschließt, das mit einer Authentifizierungseinheit 110 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verbunden ist. Wie in 5 dargestellt, kann die Schaltung 500 eine Stromquelle 102, einen Stromschalter 104A, einen Stromschalter 104B, ein austauschbares Modul 106, eine Signalkonditionierungseinheit 108, eine Authentifizierungseinheit 110, eine Stromsteuerungseinheit 112 und einen Mikroprozessor 114 einschließen.
Die Stromquelle 102 kann so konfiguriert sein, dass sie den Rest der Schaltung 500 mit Strom versorgt. Wie in 5 dargestellt, schließt die Stromquelle 102 eine 3-Volt-Batterie mit einer internen Impedanz von 70 Milliohm ein.
In der in 5 dargestellten spezifischen Ausführungsform können der Stromschalter 104A und der Stromschalter 104B so konfiguriert sein, dass sie die Stromquelle 102 abwechselnd mit dem Rest der Schaltung 500 verbinden (d. h. elektrisch koppeln) und die Stromquelle 102 vom Rest der Schaltung 500 trennen. Der Stromschalter 104A kann von einem Benutzer gesteuert werden, z. B. durch einen Schalter oder eine Taste, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Stromschalter 104A kann einen Transistor mit einer Impedanz von viel weniger als 1 Ohm einschließen, z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, hier veranschaulicht mit einer Einschaltimpedanz von 50 Milliohm.
In anderen Ausführungsformen können zusätzliche Stromschalter vorhanden sein (z. B. wie in Bezug auf die Stromumschaltung 104 von 1 beschrieben), die so konfiguriert sein können, dass sie die Stromquelle 102 mit anderen Schaltungselementen elektrisch verbinden (z. B. unabhängig von der Verbindung zwischen der Stromquelle 102 und dem austauschbaren Modul 106). Als spezifische Beispiele können elektrische Verbindungen (die auch Schalter einschließen können) zwischen der Stromquelle 102 und der Signalkonditionierungseinheit 108 und/oder dem Mikroprozessor 114 vorliegen. Somit kann in einigen Ausführungsformen die Signalkonditionierungseinheit 108 unabhängig vom austauschbaren Modul 106 mit Strom versorgt werden. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Signalkonditionierungseinheit 108 in Zeitperioden ausgeschaltet wird, in denen das austauschbare Modul 106 nicht versucht, mit der Authentifizierungseinheit 110 zu kommunizieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Mikroprozessor 114 unabhängig vom austauschbaren Modul 106 mit Strom versorgt werden. Dadurch kann es der Authentifizierungseinheit 110 ermöglicht werden, hochzufahren und eine Authentifizierungsaufforderung zu übermitteln, auch wenn das austauschbare Modul 106 keinen Strom empfängt, z. B. weil ein externer Ein-/Ausschalter die Stromversorgung des austauschbaren Moduls 106 abschaltet.
In der in 5 dargestellten spezifischen Ausführungsform kann der Stromschalter 104B so konfiguriert sein, dass er durch Öffnen und Schließen einen Stromfluss durch das austauschbare Modul 106 ermöglicht oder verhindert. Der Stromschalter 104B kann einen Transistor einschließen. Das Gate des Transistors kann mit einem Stift des Mikroprozessors verbunden sein (der zur Implementierung der Stromsteuerungseinheit 112 konfiguriert sein kann), sodass die Stromsteuerungseinheit 112 zur Steuerung des Stromschalters 104B konfiguriert sein kann. Der Stromschalter 104B kann eine interne Impedanz aufweisen, die viel niedriger ist als die Impedanz des niederohmigen Elements, als nicht einschränkendes Beispiel kann der Stromschalter 104B eine interne Impedanz von 200 Milliohm aufweisen.
Das austauschbare Modul 106 kann so konfiguriert sein, dass es eine Authentifizierungsantwort als Reaktion auf eine Authentifizierungsaufforderung bereitstellt. Das austauschbare Modul 106 kann ein Ein-Draht-Authentifizierungselement einschließen, wie ein SHA206A, das von Microchip Technology Inc. erhältlich ist. Darüber hinaus kann das austauschbare Modul 106 so konfiguriert sein, dass es eine andere Funktion durchführt (z. B. Erwärmen, Erfassen oder Beleuchten, ohne darauf beschränkt zu sein). Das austauschbare Modul 106 kann ein niederohmiges Element einschließen, z. B. ein 1-Ohm-Widerstandselement, ohne darauf beschränkt zu sein, das als Erhitzer fungiert, der mit der Stromquelle 102 für die Verarbeitung von 3A Strom ausgelegt ist. Als nicht einschränkende Beispiele kann das niederohmige Element ein Heizelement, ein Abtastungselement und/oder ein Beleuchtungselement einschließen. Das niederohmige Element kann parallel mit einem Ein-Draht-Authentifizierungselement eingerichtet sein, wie in 5 veranschaulicht. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das austauschbare Modul 106 als austauschbares Modul 200 konfiguriert sein, wie in Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann so konfiguriert sein, dass sie ein Signal vom austauschbaren Modul 106 empfängt und es für den Empfang durch die Authentifizierungseinheit 110 konditioniert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 so konfiguriert sein, dass sie einen oder mehrere der Vorgänge durchführt, die in Bezug auf den Signalkonditionierungsfluss 400 von 4 beschrieben sind.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann ein oder mehrere Elemente zum Entfernen eines Offsets aus einem modulierten Stromsignal einschließen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 einen Kondensator und/oder Eingangsstifte eines Verstärkers einschließen. Der Kondensator und/oder die Eingangsstifte des Verstärkers können betreibbar sein, um den Offset des modulierten Stromsignals zu entfernen, sodass das vom Verstärker verstärkte Signal das nivellierte Signal ist (ohne den DC-Offset der Stromquelle 102).
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann ein oder mehrere Elemente zum Verstärken des nivellierten Signals einschließen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 einen ersten Verstärker einschließen, der das nivellierte Signal um das 20-fache verstärkt, um ein verstärktes Signal bereitzustellen.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann ein oder mehrere Elemente zum Filtern des verstärkten Signals einschließen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 einen ersten Tiefpassfilter einschließen, der ein Widerstandselement und ein kapazitives Element einschließt, das mit Masse verbunden ist. Der erste Tiefpassfilter kann konfiguriert sein, um Rauschen (einschließlich Taktrauschen) aus dem verstärkten Signal zu entfernen und ein gefiltertes Signal bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist der erste Tiefpassfilter ein 2 MHz-Tiefpassfilter.
Optional kann die Signalkonditionierungseinheit 108 einen zweiten Verstärker zum weiteren Verstärken des gefilterten Signals einschließen. Der zweite Verstärker kann das nivellierte Signal um das 20-fache verstärken. Außerdem kann optional die Signalkonditionierungseinheit 108 einen zweiten Tiefpassfilter zum weiteren Entfernen von Rauschen aus dem verstärkten Signal einschließen. In einer Ausführungsform ist der zweite Tiefpassfilter ein 2 MHz-Tiefpassfilter.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 kann ein oder mehrere Elemente zum Formen des gefilterten Signals und/oder des verstärkten Signals einschließen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 einen Komparator einschließen, um ein analoges Signal (z. B. das gefilterte Signal und/oder das verstärkte Signal, ohne darauf beschränkt zu sein) so zu formen, dass es einem digitalen Signal näher kommt. Der Komparator kann das gefilterte Signal und/oder das verstärkte Signal als einen Eingang empfangen und ihn mit einer Referenzspannung vergleichen. Der Komparator kann dann das digitale Signal ausgeben, das darauf basieren kann, ob das verstärkte/gefilterte Signal größer als die Referenzspannung ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das digitale Signal durch einen ersten vorbestimmten Spannungspegel (z. B. 2,8 Volt, der ohne Einschränkung als „hoch“ oder logisch „1“ interpretiert werden kann) gekennzeichnet sein, wenn das verstärkte/gefilterte Signal größer als die Referenzspannung ist, und das digitale Signal kann einen zweiten vorbestimmten Spannungspegel (z. B. 0,2 Volt, der ohne Einschränkung als „niedrig“ oder logisch „0“ interpretiert werden kann) aufweisen, wenn das verstärkte/gefilterte Signal kleiner als die Referenzspannung ist.
Die spezifische Ausführungsform von 5 schließt den Mikroprozessor 114 ein, der konfiguriert sein kann, um die Authentifizierungseinheit 110 und/oder die Stromsteuerungseinheit 112 zu implementieren.
Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um ein austauschbares Modul 106 zu authentifizieren. Die Authentifizierungseinheit 110 kann eine Authentifizierung für das austauschbare Modul 106 bereitstellen und kann eine Authentifizierungsantwort vom austauschbaren Modul 106 empfangen und dadurch bestimmen, ob das austauschbare Modul 106 authentifiziert werden soll. Die Authentifizierungseinheit 110 kann ein oder mehrere Module und/oder Schaltungen sein und/oder einschließen, die so konfiguriert sind, dass sie Merkmale und Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Authentifizierungseinheit 110 durchführen.
Optional kann die Stromsteuerungseinheit 112 konfiguriert sein, um die Referenzspannung an den Komparator der Signalkonditionierungseinheit 108 bereitzustellen. Wahlweise kann die Authentifizierungseinheit 110 oder die Stromsteuerungseinheit 112 so konfiguriert sein, dass sie der Signalkonditionierungseinheit 108 ein Signal bereitstellt, das den Betriebszeitpunkt regelt (um ein Signal vom austauschbaren Modul 106 zu empfangen und zu konditionieren). Wahlweise kann die Authentifizierungseinheit 110 so konfiguriert sein, dass sie den Stromschalter 104B steuert (oder die Stromsteuerungseinheit 112 zur Steuerung lenkt), um das austauschbare Modul 106 zu regulieren. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Stromsteuerungseinheit 112 die Temperatur eines Heizelements im austauschbaren Modul 106 steuern, indem sie den Strom durch das austauschbare Modul 106 durch Öffnen und Schließen des Stromschalters 104B steuert.
Als nicht einschränkendes Beispiel für einen denkbaren Betrieb der Schaltung 500 kann das austauschbare Modul 106 in die Schaltung 500 eingesetzt und der Stromschalter 104A eingeschaltet werden. Die Authentifizierungseinheit 110, die Strom empfängt, kann hochfahren. Wenn die Authentifizierungseinheit 110 hochfährt, kann die Authentifizierungseinheit 110 eine Authentifizierungsaufforderung bereitstellen, indem sie den Stromschalter 104B öffnet und schließt (oder die Stromsteuerungseinheit 112 zum Öffnen und Schließen anweist). Ein Ein-Draht-Authentifizierungs-Element (z. B. das Ein-Draht-Authentifizierungs-Element 204 von 2) des austauschbaren Moduls 106 (das ebenfalls hochgefahren ist, nachdem es Strom empfangen hat) kann die Authentifizierungsaufforderung basierend auf einer Spannungsänderung an seinem Eingangs-/Ausgangsstift, basierend auf dem Öffnen und Schließen des Stromschalters 104B, empfangen und interpretieren. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204, das die Authentifizierungsaufforderung empfangen hat, kann eine Authentifizierungsantwort bereitstellen. Die Authentifizierungsantwort kann auf dem Eingangs-/Ausgangsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements bereitgestellt werden. Die Authentifizierungsantwort kann durch das Ein-Draht-Element im Nebenschluss geschaltet werden. Die Authentifizierungsantwort kann an diesem Punkt als ein moduliertes Stromsignal gekennzeichnet sein, da die Authentifizierungsantwort das von der Stromquelle 102 bereitgestellte Stromsignal moduliert.
Aufgrund der Nebenschlusswirkung des Ein-Draht-Authentifizierungselements 204 kann die Signalkonditionierungseinheit 108 so konfiguriert sein, dass sie die Authentifizierungsantwort wiederherstellt. Als nicht einschränkendes Beispiel können der Kondensator und der erste Verstärker die Änderungen der Spannung am Eingangs-/Ausgangsstift (die das Ergebnis des Betriebs des Ein-Draht-Elements, d. h. der Authentifizierungsantwort, sein können) aus dem modulierten Stromsignal (z. B. dem modulierten Stromsignal 304 von 3) verstärken. Zu diesem Zweck kann der Kondensator den DC-Offset der Stromquelle 102 entfernen und der erste Verstärker kann die Spannungsänderungen des modulierten Stromsignals verstärken, wobei der DC-Offset entfernt wird, um das verstärkte Signal bereitzustellen. Danach kann der erste Tiefpassfilter Rauschen aus dem verstärkten Signal filtern und somit das gefilterte Signal bereitstellen. Danach kann der zweite Verstärker das gefilterte Signal weiter verstärken, um ein zweites verstärktes Signal zu erzeugen, und der zweite Tiefpassfilter kann das zweite verstärkte Signal filtern, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen. Danach kann der Komparator das zweite gefilterte Signal mit einer Referenzspannung vergleichen und ein digitales Signal basierend auf dem Vergleich bereitstellen. Das digitale Signal (das die Authentifizierungsantwort in einem wiederhergestellten und/oder verstärkten Format einschließen kann) kann dann der Authentifizierungseinheit 110 bereitgestellt werden, die das austauschbare Modul 106 authentifizieren kann.
Als Reaktion darauf, dass die Authentifizierungseinheit 110 eine gültige Authentifizierungsantwort vom austauschbaren Modul 106 empfängt, kann die Authentifizierungseinheit 110 so konfiguriert sein, dass sie dem austauschbaren Modul 106 ermöglicht, weiterhin Strom zu empfangen, indem sie den Stromschalter 104B steuert (oder die Stromsteuerungseinheit 112 anweist, ihn zu steuern), damit er geschlossen bleibt. Als Reaktion darauf, dass die Authentifizierungseinheit 110 keine gültige Authentifizierungsantwort vom austauschbaren Modul 106 empfängt, kann die Authentifizierungseinheit 110 so konfiguriert sein, dass sie verhindert, dass das austauschbare Modul 106 Strom empfängt, indem sie den Stromschalter 104B öffnet (oder die Stromsteuerungseinheit 112 anweist, ihn zu öffnen).
6A veranschaulicht ein schematisches Diagramm der Schaltung 600A, wobei das austauschbare Modul 106 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen über die Signalkonditionierungseinheit 108 und den Stromschalter 104B mit der Authentifizierungseinheit 110 verbunden ist. Der Einfachheit halber werden verschiedene Elemente in der Schaltung 600A von 6A, die identisch mit oder analog zu Elementen in der Schaltung 500 von 5 sind, nicht unter Bezugnahme auf 6A beschrieben. Zu Beschreibungszwecken ist ein Referenzpunkt an der unteren Leitung 208 zwischen dem austauschbaren Modul 106 und dem Stromschalter 104B bereitgestellt.
Die Signalkonditionierungseinheit 108 der Schaltung 600A kann so konfiguriert sein, dass sie dieselben Vorgänge durchführt wie die Signalkonditionierungseinheit 108 in der Schaltung 500, wobei andere Elemente verwendet werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Signalkonditionierungseinheit 108 der Schaltung 600A einen ersten Wechselrichter 602 einschließen, dessen Eingang mit seinem Ausgang über einen Widerstand mit einem nicht einschränkenden Impedanzwert von 680 Kilo-Ohm verbunden ist. Darüber hinaus kann der erste Wechselrichter über einen Eingangskondensator mit einem nicht einschränkenden Wert von 300 Picofarad an das modulierte Stromsignal AC-gekoppelt sein. Der erste Wechselrichter kann das nivellierte Signal verstärken. Das nivellierte Signal kann dann durch ein erstes Reihenwiderstandselement und einen ersten Kondensator gegen Masse gefiltert werden, um das gefilterte Signal bereitzustellen. Zu Beschreibungszwecken wird ein Referenzpunkt 604 zwischen dem ersten Filter (dem ersten Reihenwiderstandselement und dem ersten Kondensator gegen Masse) und einem zweiten Wechselrichter bereitgestellt. Die Signalkonditionierungseinheit 108 der Schaltung 600A kann den zweiten Wechselrichter einschließen, der das gefilterte Signal verstärkt, gefolgt von einem zweiten Reihenwiderstandselement und einem zweiten Kondensator gegen Masse, um das verstärkte und gefilterte Signal bereitzustellen.
Die Authentifizierungseinheit 110 stellt eine geschaltete Spannung an einem invertierenden Eingang eines Komparators als Referenzspannung bereit, wobei die Referenzspannung von dem Komparator über einen Spannungsteiler empfangen wird. In einer Ausführungsform kann die vom Komparator empfangene Referenzspannung entweder 1 Volt betragen, um den Durchlauf von Daten aus dem Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 zu aktivieren, oder 0 Volt, um den Ausgang des Komparators auf einen festen hohen Pegel zu setzen. Zum Beispiel kann die negative Komparatorspannung (inm) etwa 1 V betragen, wenn das Aktivierungssignal des digitalen Komparators hoch ist. Das digitale Datenausgangssignal kann erzeugt werden, wenn das inp-Komparatorsignal den 1-V-Pegel überschreitet. Und wenn das Aktivierungssignal des Digitalkomparators niedrig ist, liegt das Komparator inm-Netto bei 0 V, und das Datenausgangssignal bleibt fest (hoch). In einigen Ausführungsformen könnte die Stromversorgung der Signalkonditionierungseinheit 108 nach der Authentifizierung abgeschaltet werden.
In dem spezifischen, nicht einschränkenden Beispiel, das durch 6A dargestellt ist, sind die Authentifizierungseinheit 110 und die Stromsteuerungseinheit 112 in einem Mikroprozessor implementiert, der so konfiguriert ist, dass er die hierin beschriebenen Merkmale und Funktionen der Authentifizierungseinheit 110 und der Stromsteuerungseinheit 112 durchführt.
6B veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Schaltung 600B gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Schaltung 600B ist ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform der Signalkonditionierungseinheit 108, die vorstehend in Bezug auf die 1, 5 und 6A beschrieben wurde. Die Schaltung 600B schließt vier Operationsverstärker („OpAmps“) ein (die auf einer einzigen IC eingeschlossen sein können). Die Schaltung 600B kann die gleichen oder analoge Vorgänge wie die in Bezug auf 4 beschriebenen Vorgänge durchführen. Die Schaltung 600B kann ein Tiefpassfilter, eine AC-Kopplung, zwei Verstärkungsstufen und einen Komparator einschließen. Ein Unterschied zwischen der Schaltung 600B und der Signalkonditionierungseinheit 108, die vorstehend mit Bezug auf die Schaltung 600A von 6A beschrieben wurde, besteht darin, dass die Schaltung 600B einen OpAmp mit Einheitsverstärkung verwendet, um das nivellierte Signal zu erzeugen (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 4 beschrieben), während die Signalkonditionierungseinheit 108 der Schaltung 600A von 6A einen Wechselrichter mit einem 680-kOhm-Widerstand zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Wechselrichters verwendet. In dem in 6 dargestellten spezifischen, nicht einschränkenden Beispiel wird in der Schaltung 600B ein OpAmp mit Einheitsverstärkung verwendet, um eine Referenzspannung bereitzustellen, die zur Pegelverschiebung des Eingangssignals in die Mitte des Versorgungsbereichs bereitgestellt wird.
Es versteht sich, dass die Schaltung 500 von 5, die Schaltung 600A von 6A und die Schaltung 600B von 6B nur drei nicht einschränkende Beispiele für Schaltungen sind, die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sein können. Die bereitgestellten Elemente, Anordnungen und Werte sind nicht einschränkende Beispiele für Elemente, Anordnungen und Werte für eine Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt 7A ein Wellenformdiagramm 700A während einer ersten Phase (Hochfahren von SHA206A) und einer zweiten Phase (Befehl an SHA206A) eines Authentifizierungsprozesses gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen. Das Wellenformdiagramm 700A schließt simulierte Spannungen an verschiedenen Punkten in einem simulierten System oder einer simulierten Schaltung ein, z. B. in der Schaltung 600A von 6A, ohne darauf beschränkt zu sein, zu verschiedenen Zeiten während des Betriebs des Systems. Die Phase ganz links stellt eine Zeitperiode dar, in der das System 100 (einschließlich des austauschbaren Moduls 106 (welches z. B. eine IC einschließt, ohne darauf beschränkt zu sein) und der Authentifizierungseinheit 110 (die durch einen Mikroprozessor implementiert werden kann)) hochfährt. Die zweite Phase (von links) stellt eine Zeitperiode dar, in der das austauschbare Modul 106 (welches die IC einschließt) einen Befehl (z. B. eine Authentifizierungsaufforderung, ohne darauf beschränkt zu sein) empfängt (z. B. von der Authentifizierungseinheit 110, ohne darauf beschränkt zu sein). 7B stellt ein Wellenformdiagramm 700B während einer dritten Phase (SHA206A-Antwort) dar. Die dritte Phase stellt eine Zeitperiode dar, in der das austauschbare Modul 106 (welches die IC einschließt) antwortet (z. B. eine Authentifizierungsantwort auf die Authentifizierungsaufforderung bereitstellt, ohne darauf beschränkt zu sein). Und die Zeitperiode, die rechts von der dritten Phase in 7B dargestellt ist, stellt eine Zeitperiode dar, in der die Signalkonditionierungseinheit 108 heruntergefahren werden kann.
Das oberste Diagramm schließt die Batteriespannung 702 ein, die eine simulierte Spannung an einem Punkt zwischen der Stromquelle 102 von 1 und dem Stromschalter 104A zeigt. Das oberste Diagramm schließt auch die E/A-Stift-Spannung 704 ein, die eine simulierte Spannung an einem Eingangs-/Ausgangstift 220 des austauschbaren Moduls 106 darstellt (2 und 3). Während der zweiten Phase, in der das austauschbare Modul 106 einen Befehl empfängt, ist zu erkennen, dass sich die Spannung des E/A-Stifts 704 entsprechend der Befehlsnachricht ändert. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Spannung am Eingang des austauschbaren Moduls 106 durch das Öffnen und Schließen des Stromschalters 104B verändert werden und als Spannung zwischen dem Eingangs-/Ausgangsstift 220 und dem Erdungsstift 222 gesehen werden.
Das zweite (von oben) in 7A dargestellte Diagramm schließt das digitale Eingangssignal 708 ein, das eine Spannung an der unteren Leitung 208 darstellt. Während der zweiten Phase ist zu erkennen, dass die Spannung an der unteren Leitung 208 hoch geht, wenn der Stromschalter 104B von der Stromsteuerungseinheit 112 geöffnet wird, z. B. auf Anweisung der Authentifizierungseinheit 110, um mit dem austauschbaren Modul 106 zu kommunizieren.
Das dritte (von oben) in 7A dargestellte Diagramm schließt das wechselstromgekoppelte Signal 710 ein, das eine Spannung in einem ersten Abschnitt der Signalkonditionierungseinheit 108 darstellt. Insbesondere kann das wechselstromgekoppelte Signal 710 eine Spannung am Eingang des ersten Wechselrichters 602 der Schaltung 600A von 6A darstellen, d. h. nach dem ersten Kondensator.
Unter Bezugnahme auf 7B, zeigt 7B das Wellenformdiagramm 700B während der dritten Phase (SHA206A-Antwort) eines Authentifizierungsprozesses, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auf die in 7A dargestellte erste und zweite Phase folgt.
Das erste, zweite und dritte Diagramm (von oben) schließt die Batteriespannung 702, die E/A-Stift-Spannung 704, das digitale Eingangssignal 708 und das wechselstromgekoppelte Signal 710 ein. Das vierte (von oben) Diagramm schließt das verstärkte und gefilterte Signal 712 ein, das eine Spannung in der Signalkonditionierungseinheit 108 (z. B. an einem Punkt (z. B. Referenzpunkt 604 in 6A) nach einem oder mehreren Vorgängen (z. B. Blöcke des Signalkonditionierungsflusses 400, z. B. Filterblöcke und/oder Verstärkerblöcke, ohne darauf beschränkt zu sein) darstellt. Während der dritten Phase werden die Spannungsänderungen am wechselstromgekoppelten Signal 710 während einer Zeit 720 (z. B. infolge des Betriebs des austauschbaren Moduls 106) relativ zu dem wechselstromgekoppelten Signal 710 verstärkt. Die verstärkten Spannungsänderungen können im verstärkten und gefilterten Signal 712 während der entsprechenden Zeit gesehen werden. Außerdem ist in einem verstärkten und gefilterten Signal 712 zu sehen, dass die Spannung invertiert wurde (infolge der Verwendung eines Wechselrichters zur Verstärkung der Spannung).
Das fünfte (von oben) Diagramm schließt das zweifach verstärkte und gefilterte Signal 714 ein, das eine Spannung in der Signalkonditionierungseinheit 108 darstellt (z. B. an einem Punkt, der auf zwei oder mehr Vorgänge (z. B. Blöcke des Signalkonditionierungsflusses 400) folgt, z. B. Filterblöcke und/oder Verstärkerblöcke, ohne darauf beschränkt zu sein). Während der dritten Phase werden die Spannungsänderungen (z. B. infolge des Betriebs des austauschbaren Moduls 106) relativ zu dem verstärkten und gefilterten Signal 712 verstärkt. Außerdem ist in dem zweifach verstärkten und gefilterten Signal 714 zu erkennen, dass die Spannung im Vergleich zum wechselstromgekoppelten verstärkten und gefilterten Signal 712 invertiert wurde (infolge der Verwendung eines Wechselrichters zur Verstärkung der Spannung). Darüber hinaus schließt das fünfte Diagramm eine Referenzspannung 716 ein, die einem Komparator als Referenzspannung bereitgestellt werden kann. Insbesondere wird, wie in 7 dargestellt, die Referenzspannung 716 erst nach Beginn der dritten Phase bereitgestellt, wenn ein Signal von einem Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 erwartet wird.
Das sechste (und unterste) Diagramm schließt ein digitales Signal 718 ein, das eine Spannung darstellt, die der Signalkonditionierungseinheit 108 (an einem Ausgang der Signalkonditionierungseinheit 108 und einem Eingang zur Authentifizierungseinheit 110) folgt. Während der dritten Periode wurde das verstärkte und gefilterte Signal des doppelt verstärkten und gefilterten Signals 714 mit der Referenzspannung 716 verglichen (z. B. durch einen Komparator, ohne darauf beschränkt zu sein); das Ergebnis ist ein digitales Signal 718. Wie zu sehen ist, ist das digitale Signal 718 eher wie ein digitales Signal geformt als das doppelt verstärkte und gefilterte Signal 714. Somit eignet sich das digitale Signal 718 besser für die Verwendung als Eingangssignal für eine IC, z. B. einen Mikroprozessor der Authentifizierungseinheit 110, ohne darauf beschränkt zu sein. Insbesondere kann das digitale Signal 718 so konfiguriert sein, dass es eine Amplitude und Impulsbreite aufweist, die den Eingangspegelanforderungen des Mikroprozessors der Authentifizierungseinheit 110 entsprechen.
8 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm einer austauschbaren Einheit 800 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die austauschbare Einheit 800 kann das Heizelement 802, die IC 804, die mechanischen Kopplungen 812 und die Schnittstelle 806 der austauschbaren Einheit einschließen, welche den ersten Stift 808 und den zweiten Stift 810 einschließt.
Das Heizelement 802 kann ein Beispiel für ein niederohmiges Element 202 von 2 sein. Das Heizelement 802 kann so konfiguriert sein, dass es erwärmt wird, wenn Strom über den ersten Stift 808 und den zweiten Stift 810 aufgebracht wird. Das Heizelement 802 kann ein leitfähiges Material einschließen, das geformt und eingerichtet ist, um Wärme bereitzustellen, wenn Strom hindurchströmt. Das Heizelement 802 kann eine niedrige Impedanz (z. B. weniger als einhundert Ohm, ohne darauf beschränkt zu sein) aufweisen.
Die IC 804 kann ein Beispiel für ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 von 2 sein. Die IC 804 kann so konfiguriert sein, dass sie eine Antwort auf eine Authentifizierungsaufforderung bereitzustellt. Die IC 804 kann ein Ein-Draht-Element sein. Die IC 804 kann so konfiguriert sein, dass sie einen Eingang empfängt und einen Ausgang bereitstellt, der nur auf einem Eingangs-/Ausgangsstift und einem Erdungsstift basiert.
Der erste Stift 808 und der zweite Stift 810 können leitfähiges Material einschließen, das konfiguriert ist, um mit zusätzlichen elektronischen Kontakten verbunden zu werden. Somit können der erste Stift 808 und der zweite Stift 810 als austauschbare Einheit 806 gekennzeichnet werden, da der erste Stift 808 und der zweite Stift 810 eine elektrische Verbindung mit der austauschbaren Einheit 800 ermöglichen. Darüber hinaus kann die austauschbare Einheit 806 die Kommunikation mit der IC 804 ermöglichen.
Mechanische Kopplungen 812 schließen jedes geeignete Mittel zum mechanischen Koppeln der austauschbaren Einheit 800 mit einer anderen Vorrichtung, z. B. einer Benutzervorrichtung, ohne darauf beschränkt zu sein, ein. Als nicht einschränkende Beispiele können mechanische Kopplungen 812 Clips, Laschen oder Gewinde einschließen.
Eine andere Ausführungsform kann sich allgemein auf ein System beziehen, das ein austauschbares Modul, eine Benutzervorrichtung, eine Authentifizierungseinheit und eine Schnittstelle einschließt. Das austauschbare Modul kann ein Katalyseelement einschließen; und ein Authentifizierungselement in Parallelschaltung mit dem Katalyseelement. Das Katalyseelement kann eine niedrigere Impedanz als eine Impedanz des Authentifizierungselements aufweisen. Die Impedanz des Katalyseelements kann in der Größenordnung von 1/10 bis 1/100 der Impedanz des Authentifizierungselements liegen, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Authentifizierungselement kann eine einzelne Schnittstelle sowohl für die Kommunikation als auch für die Stromversorgung einschließen (das Authentifizierungselement kann ein Ein-Draht-Authentifizierungselement einschließen). Die Benutzervorrichtung kann für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert sein. Während sie wirkgekoppelt sind, können das austauschbare Modul und die Benutzervorrichtung ein System bilden, das konfiguriert ist, um einen Prozess durchzuführen, bei dem mindestens ein Abschnitt eines Elements, der innerhalb eines Elementbereichs der Benutzervorrichtung angeordnet ist, entleert wird. Das Authentifizierungsmodul kann konfiguriert sein, um einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchzuführen und eine Wirkkopplung zwischen der Benutzervorrichtung und dem austauschbaren Modul als Reaktion auf die Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls zu ermöglichen. Die Schnittstelle kann konfiguriert sein, um die Kommunikation zwischen dem Authentifizierungsmodul und dem Authentifizierungselement des austauschbaren Moduls zu erleichtern. Die Schnittstelle kann eine Signalkonditionierungsschaltlogik einschließen.
9 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Systems 900 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das System 900 kann die Benutzervorrichtung 910 einschließen, welche die Kommunikationsschnittstelle 916 der Authentifizierungseinheit 110 (einschließlich der Signalkonditionierungseinheit 914) und die Stromsteuerungseinheit 920 einschließt. Das System 900 kann auch den Elementbereich 906 einschließen (konfiguriert, um das Element 908 zu halten). Das System 900 kann auch die Stromquelle 918 einschließen. Das System 900 kann auch ein austauschbares Modul 106 einschließen, das ein Katalyseelement 902 und ein Authentifizierungselement 904 einschließt. Die Elemente des Systems 900, einschließlich: Benutzervorrichtung 910, austauschbares Modul 106, Elementbereich 906, können zusammen in einer von mehreren Konfigurationen eingerichtet sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Benutzervorrichtung 910 konfiguriert sein, um ein austauschbares Modul 106 zu halten. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das austauschbare Modul 106 in die Benutzervorrichtung 910 eingesetzt werden. Als zwei nicht einschränkende Beispiele kann die Stromquelle 918 innerhalb der Benutzervorrichtung 910 oder innerhalb des austauschbaren Moduls 106 gehalten werden, sodass die Verbindung der Benutzervorrichtung 910 mit dem austauschbaren Modul 106 die elektrische Verbindung der Stromquelle 918 mit der Benutzervorrichtung 910 und mit dem austauschbaren Modul 106 einschließt. Wahlweise kann die Benutzervorrichtung 910 so konfiguriert sein, dass sie den Elementbereich 906 hält und zumindest eine thermische Verbindung/Kopplung zwischen dem Katalyseelement 902 des austauschbaren Moduls 106 und dem Element 908 des Elementbereichs 906 ermöglicht, wenn das System 900 eingeschaltet ist und dem austauschbaren Modul 106 Strom zugeführt wird. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann der Elementbereich 906 in dem austauschbaren Modul 106 enthalten sein, sodass eine Verbindung zwischen der Benutzervorrichtung 910 und dem austauschbaren Modul 106 eine Verbindung zwischen der Benutzervorrichtung 910 und dem austauschbaren Modul 106 und dem Elementbereich 906 einschließt. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann der Elementbereich 906 in der Benutzervorrichtung 910 eingeschlossen sein.
Das austauschbare Modul 106 des Systems 900 kann ein Beispiel für das austauschbare Modul 106 von 1 und/oder das austauschbare Modul 200 von 2 und 3 sein. Das Katalyseelement 902 kann ein Beispiel für ein niederohmiges Element 202 von 2 und/oder 3 sein. Das Authentifizierungselement 904 kann ein Beispiel für ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 von 2 und/oder 3 sein.
Die Authentifizierungseinheit 110 der Benutzervorrichtung 910 kann ein Beispiel für die Authentifizierungseinheit 110 von 1 sein. Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um ein austauschbares Modul 106 zu authentifizieren, indem es eine Authentifizierungsaufforderung an das Authentifizierungselement 904 übermittelt und eine Authentifizierungsantwort von dem Authentifizierungselement 904 empfängt. Die Authentifizierungseinheit 110 kann konfiguriert sein, um mit und aus dem austauschbaren Modul 106 durch die Kommunikationsschnittstelle 916 zu kommunizieren. Die Kommunikationsschnittstelle 916 kann eine Signalkonditionierungseinheit 914 einschließen, die ein Beispiel für die Signalkonditionierungseinheit 108 von 1 sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikationsschnittstelle 916 einen Schalter (z. B. einen Masseschalter als ein nicht einschränkendes Beispiel, Stromschalter 104B von 5) einschließen, um Nachrichten an das austauschbare Modul 106 zu übermitteln. Die Stromsteuerungseinheit 920 der Benutzervorrichtung 910 kann ein Beispiel für die Authentifizierungseinheit 110 von 1 sein. Die Stromsteuerungseinheit 920 kann so konfiguriert sein, dass sie die Stromversorgung der verschiedenen Elemente des Systems 900, einschließlich der Kommunikationsschnittstelle 916, der Authentifizierungseinheit 110 und des austauschbaren Moduls 106, reguliert. In einigen Ausführungsformen kann die Stromsteuerungseinheit 920 bei der Regulierung der Stromversorgung mit der Authentifizierungseinheit 110 zusammenarbeiten und/oder von ihr gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Authentifizierungseinheit 110 die Stromsteuerungseinheit 920 anweisen, als Reaktion auf einen von der Authentifizierungseinheit 110 durchgeführten Verifizierungsprozess zuzulassen oder zu verhindern, dass Strom zum austauschbaren Modul 106 fließt. Zusätzlich oder alternativ kann das System 100 die Stromsteuerungseinheit 920 anweisen, eine Authentifizierungsaufforderung an das austauschbare Modul 106 zu senden, indem es die dem austauschbaren Modul 106 bereitgestellte Stromversorgung reguliert.
Der Elementbereich 906 kann eine Aufnahme für das Element 908 einschließen. Das Element 908 kann jedes geeignete Element einschließen, einschließlich, als nicht einschränkende Beispiele: z. B. Vape-Saft, E-Liquid oder Tabak, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Element 908 kann verbrauchbar sein, z. B. indem es durch das Katalyseelement 902 verdampft wird, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Elementbereich 906 kann Teil der Benutzervorrichtung 910 sein oder in diese integriert werden und/oder der Elementbereich 906 kann austauschbar sein und mit der Benutzervorrichtung 910 verbunden werden. Der Elementbereich 906 kann so konfiguriert sein, dass er eine thermische Verbindung zwischen dem Katalyseelement 902 des austauschbaren Moduls 106 und dem Element 908 ermöglicht.
Die Linien, die zwischen den verschiedenen Elementen des Systems 900 dargestellt sind, können eine oder mehrere physische Verbindungen, elektrische Verbindungen, logische Verbindungen und/oder kommunikative Verbindungen darstellen, ohne darauf beschränkt zu sein. Linien, die mit Wörtern und Pfeilen versehen sind, stellen bestimmte Gesichtspunkte der Verbindungen dar. Als spezifisches Beispiel zeigt die Linie zwischen der Stromquelle 918 und dem austauschbaren Modul 106 an, dass die Stromquelle 918 dem austauschbaren Modul 106 Strom bereitstellt. Wie vorstehend beschrieben, kann die Stromversorgung des austauschbaren Moduls 106 durch die Stromquelle 918 gesteuert werden, um das austauschbare Modul 106 zu steuern oder zu regulieren und/oder um mit dem austauschbaren Modul 106 zu kommunizieren. Die Linie zwischen der Kommunikationsschnittstelle 916 und dem Authentifizierungselement 904 kann eine kommunikative Verbindung anzeigen, z. B. kann die Kommunikationsschnittstelle 916 die Kommunikation zwischen dem Authentifizierungselement 904 und der Authentifizierungseinheit 110 erleichtern. Die Linie zwischen der Benutzervorrichtung 910 und dem austauschbaren Modul 106, die Linie zwischen dem austauschbaren Modul 106 und dem Elementbereich 906 und die Linie zwischen der Benutzervorrichtung 910 und dem austauschbaren Modul 106 können physische Verbindungen zwischen der Benutzervorrichtung 910, dem austauschbaren Modul 106 und dem Elementbereich 906 darstellen, die, wie vorstehend beschrieben, in einer Vielzahl von Konfigurationen vorliegen können. Die Linie zwischen dem Katalyseelement 902 und dem Element 908 kann eine thermische Verbindung zwischen dem Katalyseelement 902 und dem Element 908 veranschaulichen. Durch die thermische Verbindung kann das Element 908 oder ein Abschnitt des Elements 908 erwärmt, verdampft, katalysiert und/oder entleert werden.
10 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Systems 1000 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Als Beispiel für einen Fall, in dem Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, kann das System 100 aus 1 in einer elektronischen Aerosolvorrichtung, z. B. dem System 1000 aus 10, verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das System 1000 schließt die Benutzervorrichtung 1002 (welche eine Batterieeinheit einer elektronischen Aerosolvorrichtung einschließen kann), das austauschbare Modul 1004 (welches ein Heizelement einer elektronischen Aerosolvorrichtung einschließen kann) und den Elementbereich 1006 (welcher eine Kartusche für eine elektronische Aerosolvorrichtung einschließen kann) ein.
Die Benutzervorrichtung 1002 kann eine Batterie einschließen, die ein Beispiel für die Stromquelle 102 von 1 sein kann. Die Benutzervorrichtung 1002 kann einen Ein/AusSchalter oder eine Taste (nicht dargestellt) einschließen, die ein Beispiel für die Stromumschaltung 104 von 1 sein kann. Die Benutzervorrichtung 1002 kann einen Mikroprozessor (nicht dargestellt) einschließen, der die Authentifizierungseinheit 110 und/oder die Stromsteuerungseinheit 112 von 1 implementieren kann. Der Mikroprozessor kann konfiguriert sein, um (unter anderem) das austauschbare Modul 1004 zu authentifizieren und/oder die Stromverteilung durch die Benutzervorrichtung 1002 zu steuern. Die Benutzervorrichtung 1002 kann einen pulsweitenmodulierten (PWM) Schalter (nicht dargestellt) einschließen, der ein Beispiel für einen Schalter der Stromumschaltung 104 von 1 sein kann. Die Benutzervorrichtung 1002 kann eine Schaltung zwischen positiven und negativen Anschlüssen der Batterie einschließen. Somit kann die Benutzervorrichtung 1002 eine Schaltungsmasse einschließen. Der PWM-Schalter der Benutzervorrichtung 1002 kann verwendet werden, um die von dem Heizelement der elektronischen Aerosolvorrichtung verwendeten Strom zu steuern und dadurch die Temperatur eines Heizelements zu steuern.
Das austauschbare Modul 1004 kann ein Heizelement einschließen. Das Heizelement kann ein Beispiel für ein niederohmiges Element 202 von 2 sein. Das austauschbare Modul 1004 kann so konfiguriert sein, dass es austauschbar ist, weil das Heizelement so konfiguriert sein kann, dass es auf hohe Temperaturen erwärmt wird (z. B. 100 bis 500 Grad Celsius, ohne darauf beschränkt zu sein), was im Laufe der Zeit eine Verschlechterung verursachen kann. Darüber hinaus kann das Heizelement mit einem Verbrauchsartikel in Kontakt kommen, der sich im Elementbereich 1006 befindet (z. B. Vape-Saft, E-Liquid oder Tabak, ohne darauf beschränkt zu sein), was im Laufe der Zeit eine Verschlechterung der Leistung des Heizelements verursachen kann. Somit kann das austauschbare Modul 1004 konfiguriert sein, um innerhalb des Systems 1000 austauschbar zu sein.
Das austauschbare Modul 1004 kann eine IC (z. B. eine IC für kryptografische Authentifizierung, ohne darauf beschränkt zu sein) einschließen. Die IC kann ein Beispiel für ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 von 2 sein. Die IC kann so konfiguriert sein, dass sie eine Authentifizierungsantwort bereitstellt, um das austauschbare Modul 1004 zu authentifizieren (als Reaktion auf eine Authentifizierungsaufforderung der Benutzervorrichtung 1002).
Das austauschbare Modul 1004 ist der Einfachheit halber als zylindrisch veranschaulicht. Das austauschbare Modul 1004 kann eine beliebige Form aufweisen und kann entweder in die Benutzervorrichtung 1002 oder in das austauschbare Modul 1004 eingesetzt werden. Das austauschbare Modul 1004 kann in beide oder zwischen beide Benutzervorrichtungen 1002 und das austauschbare Modul 1004 eingesetzt werden.
Der Elementbereich 1006 kann einen Bereich einschließen, in dem ein verbrauchbares Element (z. B. Vape-Saft, E-Liquid oder Tabak, ohne darauf beschränkt zu sein) gehalten wird. Der Elementbereich 1006 kann so konfiguriert sein, dass er es dem Heizelement des austauschbaren Moduls 1004 ermöglicht, mit dem Element in Kontakt zu kommen und/oder das Element zu erwärmen. Das Element kann verbrauchbar sein, da es durch das Heizelement verdampft wird.
Als nicht einschränkendes Beispiel für einen denkbaren Betrieb des Systems 1000 kann das austauschbare Modul 1004 (welches ein Heizelement und ein Ein-Draht-Authentifizierungs-Element einschließt) mit der Benutzervorrichtung 1002 (einschließlich einer Batterieeinheit) einer elektronischen Aerosolvorrichtung verbunden werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das austauschbare Modul 1004 in die Benutzervorrichtung 1002 eingesetzt werden. Der Elementbereich 1006 kann an der Benutzervorrichtung 1002 angebracht werden. Die elektronische Aerosolvorrichtung kann aktiviert werden (z. B. durch eine externe Taste oder einen Schalter, ohne darauf beschränkt zu sein). Wenn der Strom auf das Heizelement aufgebracht wird und das Heizelement erwärmt, kann der Mikroprozessor (der Benutzervorrichtung 1002) über den PWM-Schalter eine Authentifizierungsaufforderung an das austauschbare Modul 1004 senden. Die Authentifizierungsaufforderung kann durch Öffnen und Schließen des PWM-Schalters übermittelt werden. Die IC des austauschbaren Moduls 1004 kann so konfiguriert sein, dass sie auf die Authentifizierungsaufforderung reagiert (z. B. durch Änderung des Stromflusses durch den Eingangs-/Ausgangsstift der IC, ohne darauf beschränkt zu sein), ohne dass ein Schaltvorgang erforderlich ist und während das Heizelement mit Strom versorgt wird.
Die Benutzervorrichtung 1002 kann eine Signalkonditionierungsschaltlogik einschließen (zum Beispiel die Signalkonditionierungseinheit 108 von 1), die so konfiguriert ist, dass sie ein Mischsignal, das ein Stromsignal von der Batterie und ein Datensignal von der Ein-Draht-Vorrichtung einschließt, konditioniert. Die Signalkonditionierungsschaltlogik kann so konfiguriert sein, dass sie das Mischsignal ausgleicht, filtert, verstärkt und/oder formt. Die Signalkonditionierungsschaltlogik kann das Datensignal wiederherstellen und verstärken und das wiederhergestellte und verstärkte Datensignal dem Mikroprozessor bereitstellen.
Der Mikroprozessor kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die Antwort gültig ist, und damit zu bestimmen, ob die IC (und in der Erweiterung das austauschbare Modul 1004) gültig ist. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass das austauschbare Modul 1004 gültig ist, kann der Mikroprozessor den weiteren Betrieb der elektronischen Aerosolvorrichtung zulassen. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Ein-Draht-Vorrichtung (und damit das austauschbare Modul 1004) ungültig ist, kann der Mikroprozessor als nicht einschränkendes Beispiel den weiteren Betrieb der elektronischen Aerosolvorrichtung verhindern, indem er eine Schaltung öffnet, z. B. durch die Steuerung eines Erdungsschalters, ohne darauf beschränkt zu sein.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses 1100 zur Authentifizierung eines austauschbaren Moduls, das gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ein Wirkoppeln mit einer Benutzervorrichtung versucht. Der durch 11 dargestellte nicht einschränkende spezifische Beispielprozess wird von Komponenten des Systems 900 durchgeführt, insbesondere von dem Authentifizierungselement 904, der Authentifizierungseinheit 110, der Signalkonditionierungseinheit 914 und der Benutzervorrichtung 910 (und insbesondere der Stromsteuerungseinheit 920 der Benutzervorrichtung 910).
Bei Vorgang 1102 verbindet der Prozess 1100 ein austauschbares Modul mit einer Benutzervorrichtung.
Beim optionalen Vorgang 1104 sendet der Prozess 1100 wahlweise eine Authentifizierungsaufforderung an das austauschbare Modul über den Datenausgang der Authentifizierungseinheit 110, die, wie vorstehend angezeigt, durch einen Mikroprozessor implementiert werden kann, und der Datenausgang kann ein jeweiliger Allzweckausgangsanschluss davon sein. Zusätzlich oder alternativ wird ein Aktivierungssignal an dem Aktivierungsausgang der Authentifizierungseinheit 110 aktiviert. Der Aktivierungsausgang kann ein jeweiliger Allzweckausgangsanschluss der Authentifizierungseinheit 110 und, allgemeiner, ein Mikroprozessor sein, der dieselbe implementiert. Als Reaktion auf das Erfassen der Verbindung in Vorgang 1102 kann eine Authentifizierungsaufforderung gesendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine Authentifizierungsaufforderung gesendet und ein Aktivierungssignal durchgesetzt werden, wenn eine Benutzervorrichtung „hochgefahren“ wird, während ein austauschbares Modul mit ihr verbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann nach einer Zeitspanne, in der eine Authentifizierungseinheit hochfährt, eine Authentifizierungsaufforderung gesendet und ein Aktivierungssignal durchgesetzt werden.
In einigen Ausführungsformen, die in 11 nicht veranschaulicht sind, kann die Authentifizierungseinheit 110 beim optionalen Vorgang 1104 die Stromsteuerungseinheit 920 anweisen, dem Authentifizierungselement 904 die Authentifizierungsaufforderung bereitzustellen, und die Stromsteuerungseinheit 920 kann so konfiguriert sein, dass sie die Authentifizierungsaufforderung durch Anpassen der Stromversorgung des Authentifizierungselements 904 bereitstellt.
Der optionale Vorgang 1104 ist optional, da in einigen Ausführungsformen ein Authentifizierungselement (z. B. ein Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 oder das Authentifizierungselement 904, ohne darauf beschränkt zu sein) so konfiguriert sein kann, dass es eine Authentifizierungsantwort sendet, ohne eine Authentifizierungsaufforderung empfangen zu haben (z. B. Senden einer Authentifizierungsantwort des Vorgangs 1108). Eine Authentifizierungseinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Authentifizierungsantwort empfängt und verifiziert, obwohl sie keine Authentifizierungsaufforderung gesendet hat. Außerdem kann das Aktivierungssignal als durchgesetzt festgelegt werden, ohne den Schutzumfang zu überschreiten. In einigen Ausführungsformen wird durch den optionalen Vorgang 1104 nur eine der Durchsetzung des Aktivierungssignals oder das Senden der Authentifizierungsaufforderung durchgeführt.
Bei Vorgang 1108 sendet der Prozess 1100 eine Authentifizierungsantwort als Reaktion entweder auf (i) das Empfangen der Authentifizierungsaufforderung des optionalen Vorgangs 1104 oder (ii) das Erkennen der Verbindung des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung in Vorgang 1102. Die authentische Antwort des Vorgangs 1108 wird von dem Authentifizierungselement 904 gesendet.
Bei Vorgang 1110 konditioniert der Prozess 1100 das Signal, das die in Vorgang 1106 gesendete Authentifizierungsantwort trägt, wodurch ein Signal erzeugt wird, das die Authentifizierungsantwort trägt, die von einer Authentifizierungseinheit erfasst werden kann (z. B. ein digitales Signal, das vom Wellenformungsblock 408 des in 4 dargestellten Signalkonditionierungsflusses 400 ausgegeben wird), was durch die Signalkonditionierungseinheit 914 implementiert werden kann.
Bei Vorgang 1112 empfängt der Prozess 1100 das konditionierte Signal, das die Authentifizierungsantwort des Vorgangs 1110 trägt, an einem Dateneingangsanschluss der Authentifizierungseinheit 110, der durch einen jeweiligen Allzweckeingangsanschluss der Authentifizierungseinheit 110 und im Allgemeinen durch einen Mikroprozessor, der denselben implementiert, implementiert werden kann.
Bei Vorgang 1114 führt der Prozess 1100 einen Verifizierungsprozess in der Authentifizierungseinheit 110 unter Verwendung der Authentifizierungsantwort durch, die von dem in Vorgang 1108 konditionierten Signal getragen wird.
Insbesondere bestimmt der Prozess 1100 bei Vorgang 1114, ob die Authentifizierung erfolgreich war (d. h. die Authentifizierungsantwort, das Authentifizierungselement und/oder das austauschbare Modul wurde verifiziert). Wenn die Verifizierung nicht erfolgreich war (d. h. die Authentifizierungsantwort, das Authentifizierungselement und/oder das austauschbare Modul wurde nicht verifiziert), dann unterlässt der Prozess 1100 bei Vorgang 1122 die Wirkkopplung des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung, wodurch verhindert wird, dass Strom durch das austauschbare Modul fließt. Wenn die Verifizierung erfolgreich war (d. h. die Authentifizierungsantwort, das Authentifizierungselement und/oder das austauschbare Modul verifiziert wurde), dann ermöglicht der Prozess 1100 bei Vorgang 1116 die Wirkkopplung des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung, wodurch der Strom (Leistungsstrom) durch das austauschbare Modul und alle darin enthaltenen Katalyseelemente fließen kann und das Element entleert wird.
Beim optionalen Vorgang 1118 kann der Prozess 1100 den Stromfluss in das austauschbare Modul regulieren. Unter Bezugnahme auf das System 100 von 1 als nicht einschränkendes Beispiel kann die Stromsteuerungseinheit 112 (oder ein anderes Modul) in Richtung der Authentifizierungseinheit 110 den Stromfluss in das austauschbare Modul 106 regulieren (z. B. durch Steuerung der Stromumschaltung 104). Die Regulierung des Stroms im austauschbaren Modul 106 kann auf einer Rückmeldung oder einer Eingabe von einer anderen Quelle basieren.
Beim optionalen Vorgang 1120 kann der Prozess 1100 die Temperatur des austauschbaren Moduls regulieren. Zum Beispiel kann die Temperatur eines niederohmigen Elements des austauschbaren Moduls durch Regulierung des Stroms in dem austauschbaren Modul gesteuert werden.
Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass der Grad des Stromnebenschlusses weg von der Ein-Draht-Vorrichtung aufgrund einer Impedanzdifferenz zwischen der Ein-Draht-Vorrichtung und einem niederohmigen Element basierend auf der spezifischen Wahl der Konstruktion variiert, welche ohne Einschränkung die relative Impedanz einer gewählten Ein-Draht-Vorrichtung und eines gewählten Elements in Parallelschaltung mit der Ein-Draht-Vorrichtung einschließt. Solche Entscheidungen können sich auch auf den Grad der erforderlichen Signalkonditionierung auswirken. Diese Offenbarung ist nicht auf einen spezifischen Grad des Stromnebenschlusses, der Impedanzdifferenz und/oder der Signalkonditionierung beschränkt, und alle derartigen spezifischen Variationen werden als hierin eingeschlossen verstanden.
12 ist ein Blockdiagramm der Schaltung 1200, die in einigen Ausführungsformen verwendet werden kann, um verschiedene hierin offenbarte Funktionen, Operationen, Handlungen, Prozesse und/oder Verfahren zu implementieren. Die Schaltung 1200 schließt einen oder mehrere Prozessoren 1202 (hierin manchmal als „Prozessoren 1202“ bezeichnet) ein, die mit einer oder mehreren Datenspeichervorrichtungen (hierin manchmal als „Speicher 1204“ bezeichnet) wirkgekoppelt sind. Der Speicher 1204 schließt einen darauf gespeicherten maschinenausführbaren Code 1206 ein, und die Prozessoren 1202 schließen die Logikschaltung 1208 ein. Der maschinenausführbare Code 1206 schließt Informationen ein, die Funktionselemente beschreiben, die durch die Logikschaltlogik 1208 implementiert (z. B. ausgeführt) werden können. Die Logikschaltlogik 1208 ist dafür ausgelegt, die durch den maschinenausführbaren Code 1206 beschriebenen Funktionselemente zu implementieren (z. B. auszuführen). Die Schaltlogik 1200 sollte beim Ausführen der durch den maschinenausführbaren Code 1206 beschriebenen Funktionselemente als Spezialhardware betrachtet werden, die zum Ausführen von hierin offenbarten Funktionselementen konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen können die Prozessoren 1202 konfiguriert sein, um die durch den maschinenausführbaren Code 1206 beschriebenen Funktionselemente sequentiell, gleichzeitig (z. B. auf einer oder mehreren unterschiedlichen Hardwareplattformen) oder in einem oder mehreren parallelen Prozessströmen auszuführen.
Wenn er durch die Logikschaltlogik 1208 der Prozessoren 1202 implementiert wird, ist der maschinenausführbare Code 1206 konfiguriert, um die Prozessoren 1202 so anzupassen, dass diese Operationen der hierin offenbarten Ausführungsformen ausführen. Zum Beispiel kann der maschinenausführbare Code 1206 konfiguriert sein, um die Prozessoren 1202 so anzupassen, dass sie zumindest einen Abschnitt oder die Gesamtheit des Prozesses 1100 von 11 und des Signalkonditionierungsflusses 400 von 4 durchführen. Als weiteres Beispiel kann der maschinenausführbare Code 1206 so konfiguriert sein, dass er die Prozessoren 1202 so anpasst, dass sie zumindest einen Abschnitt oder die Gesamtheit der Vorgänge durchführen, die für die Authentifizierungseinheit 110, die Stromsteuerungseinheit 112 und/oder die Signalkonditionierungseinheit 108 der 1, 5, 6A und 6B, das Ein-Draht-Authentifizierungselement 204 der 2 und 3, die Kommunikationsschnittstelle 916, die Signalkonditionierungseinheit 914, die Signalkonditionierungseinheit 920 und die Authentifizierungseinheit 110 der 9 erörtert werden. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen so konfiguriert sein, dass sie die Prozessoren 1202 anweisen, ein austauschbares Modul für die Wirkkopplung mit einer Benutzervorrichtung zu authentifizieren.
Die Prozessoren 1202 können einen Universalprozessor, einen Spezialprozessor, eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Mikrocontroller, eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine anwenderprogrammierbare Gateanordnung (FPGA) oder eine andere programmierbare Logikvorrichtung, diskrete Gate- oder Transistorlogik, diskrete Hardwarekomponenten, eine andere programmierbare Vorrichtung oder eine beliebige Kombination davon, die zum Ausführen der hierin offenbarten Funktionen ausgelegt ist, einschließen. Ein Universalcomputer einschließlich eines Prozessors wird als Spezialcomputer angesehen, während der Universalcomputer so konfiguriert ist, dass er Rechenanweisungen (z. B. einen Softwarecode) ausführt, die sich auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Universalprozessor (der hierin auch als Host-Prozessor oder einfach als Host bezeichnet werden kann) ein Mikroprozessor sein kann, aber alternativ können die Prozessoren 1202 jeden beliebigen herkömmlichen Prozessor, Steuerung, Mikrocontroller oder Zustandsautomat einschließen. Die Prozessoren 1202 können auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen, wie etwa eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine beliebige andere derartige Konfiguration implementiert sein.
In einigen Ausführungsformen schließt der Speicher 1204 einen flüchtigen Datenspeicher (z. B. Direktzugriffsspeicher (RAM)), nichtflüchtigen Datenspeicher (z. B. Flash-Speicher, ein Festplattenlaufwerk, ein Solid-State-Laufwerk, löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) usw.) ein. In einigen Ausführungsformen können die Prozessoren 1202 und der Speicher 1204 in einer einzelnen Vorrichtung implementiert sein (z. B. ein Halbleitervorrichtungsprodukt, ein System-on-Chip (SOC) usw.). In einigen Ausführungsformen können die Prozessoren 1202 und der Speicher 1204 in separaten Vorrichtungen implementiert sein.
In einigen Ausführungsformen kann der maschinenausführbare Code 1206 computerlesbare Anweisungen (z. B. Softwarecode, Firmwarecode) einschließen. Als nicht einschränkendes Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen durch den Speicher 1204 gespeichert werden, es kann direkt durch die Prozessoren 1202 auf diese zugegriffen werden und diese können durch die Prozessoren 1202 unter Verwendung mindestens der Logikschaltlogik 1208 ausgeführt werden. Ebenfalls als nicht einschränkendes Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen auf dem Speicher 1204 gespeichert, zur Ausführung an eine Speichervorrichtung (nicht gezeigt) übertragen und durch die Prozessoren 1202 unter Verwendung mindestens der Logikschaltlogik 1208 ausgeführt werden. Dementsprechend schließt die Logikschaltlogik 1208 in einigen Ausführungsformen eine elektrisch konfigurierbare Logikschaltlogik 1208 ein.
In einigen Ausführungsformen kann der maschinenausführbare Code 1206 Hardware (z. B. Schaltlogik) beschreiben, die in der Logikschaltlogik 1208 implementiert wird, um die Funktionselemente auszuführen. Diese Hardware kann auf einer Vielzahl von Abstraktionsebenen beschrieben werden, von Low-Level-Transistor-Layouts bis zu High-Level-Beschreibungssprachen. Auf einer hohen Abstraktionsstufe kann eine Hardwarebeschreibungssprache (HDL), wie eine IEEE-Standard-Hardwarebeschreibungssprache (HDL), verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Als nicht einschränkende Beispiele können Verilog™, System Verilog™ oder Hardwarebeschreibungssprachen (VHDL™) mit Very Large Scale Integration (VLSI) verwendet werden.
HDL-Beschreibungen können nach Belieben in Beschreibungen auf einer beliebigen von zahlreichen anderen Abstraktionsebenen umgewandelt werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann eine Beschreibung auf hoher Ebene in eine Beschreibung auf Logikebene umgewandelt werden, wie beispielsweise eine Register-Übertragungssprache (RTL), eine Beschreibung auf Gate-Ebene (GL), eine Beschreibung auf Layout-Ebene oder eine Beschreibung auf Masken-Ebene. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können Mikrooperationen, die durch Hardware-Logikschaltungen (z. B. Gates, Flip-Flops, Register, ohne darauf beschränkt zu sein) der Logikschaltlogik 1208 ausgeführt werden sollen, in einer RTL beschrieben und dann von einem Synthesewerkzeug in eine GL-Beschreibung umgewandelt werden, und die GL-Beschreibung kann von einem Platzierungs- und Routing-Werkzeug in eine Beschreibung auf Layout-Ebene umgewandelt werden, die einem physischen Layout einer integrierten Schaltlogik einer programmierbaren Logikvorrichtung, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder Kombinationen davon entspricht. Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen der maschinenausführbare Code 1206 eine HDL, eine RTL, eine GL-Beschreibung, eine Maskenebenenbeschreibung, eine andere Hardwarebeschreibung oder eine beliebige Kombination davon einschließen.
In Ausführungsformen, in denen der maschinenausführbare Code 1206 eine Hardwarebeschreibung (auf beliebiger Abstraktionsebene) einschließt, kann ein System (nicht gezeigt, aber den Speicher 1204 einschließend) konfiguriert sein, um die durch den maschinenausführbaren Code 1206 beschriebene Hardwarebeschreibung zu implementieren. Als nicht einschränkendes Beispiel können die Prozessoren 1202 eine programmierbare Logikvorrichtung (z. B. ein FPGA oder eine PLC) einschließen, und die Logikschaltlogik 1208 kann elektrisch gesteuert werden, um eine der Hardwarebeschreibung entsprechende Schaltung in die Logikschaltlogik 1208 zu implementieren. Ebenfalls als nicht einschränkendes Beispiel kann die Logikschaltlogik 1208 eine festverdrahtete Logik einschließen, die von einem Fertigungssystem (nicht gezeigt, aber den Speichers 1204 einschließend) gemäß der Hardwarebeschreibung des maschinenausführbaren Codes 1206 hergestellt wird.
Ungeachtet dessen, ob der maschinenausführbare Code 1206 computerlesbare Anweisungen oder eine Hardwarebeschreibung einschließt, ist die Logikschaltlogik 1208 dafür ausgelegt, diese die durch den maschinenausführbaren Code 1206 beschriebenen Funktionselemente durchzuführen, wenn die Funktionselemente des maschinenausführbaren Codes 1206 implementiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl eine Hardwarebeschreibung Funktionselemente möglicherweise nicht direkt beschreibt, eine Hardwarebeschreibung indirekt Funktionselemente beschreibt, welche die durch die Hardwarebeschreibung beschriebenen Hardwareelemente ausführen können.
Jede Charakterisierung in dieser Offenbarung von etwas als „üblich“, „herkömmlich“ oder „bekannt“ bedeutet nicht notwendigerweise, dass sie im Stand der Technik offenbart ist oder dass die erörterten Gesichtspunkte nach dem Stand der Technik anerkannt werden. Es bedeutet auch nicht notwendigerweise, dass es auf dem betreffenden Gebiet weithin bekannt und wohlverstanden ist oder routinemäßig verwendet wird.
Begriffe, die in der vorliegenden Offenbarung und insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden (z. B. Inhalte der beiliegenden Ansprüche), sind im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht (z. B. sollte der Begriff „einschließlich“ als „einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf“ interpretiert werden, der Begriff „aufweisend“ sollte als „mindestens aufweisend“ interpretiert werden, der Begriff „schließt ein“ sollte als „schließt ein, ist jedoch nicht beschränkt auf“ interpretiert werden usw.).
Darüber hinaus wird, wenn eine bestimmte Anzahl von einer eingeführten Anspruchsangabe beabsichtigt ist, diese Absicht ausdrücklich im Anspruch genannt, und in Ermangelung dieser Nennung liegt keine solche Absicht vor. Als Verständnishilfe können zum Beispiel die folgenden beiliegenden Ansprüche die Verwendung der einleitenden Phrasen „mindestens eine/r/s“ und „eine/r/s oder mehrere“ zum Einführen von Anspruchsangaben enthalten. Die Verwendung solcher Formulierungen sollte jedoch nicht dahin gehend ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass die Einführung einer Anspruchsangabe durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchsangabe enthält, auf Ausführungsformen beschränkt, die nur eine solche Angabe enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Phrasen „eine/r/s oder mehrere“ oder „mindestens eine/r/s“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ und/oder „eine“ einschließt (z. B. soll „ein“ und/oder „eine“ so interpretiert werden, dass es „mindestens ein/e“ oder „ein/e oder mehrere“ bedeutet); gleiches gilt für die Verwendung von bestimmten Artikeln, die zur Einführung von Anspruchsangaben verwendet werden.
Selbst wenn eine bestimmte Anzahl einer eingeführten Anspruchsangabe explizit angegeben ist, wird der Fachmann außerdem erkennen, dass eine solche Angabe so interpretiert werden sollte, dass sie mindestens die angegebene Anzahl bedeutet (z. B. bedeutet die bloße Angabe von „zwei Angaben“ ohne andere Modifikatoren mindestens zwei Angaben oder zwei oder mehr Angaben). Des Weiteren ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens eines von A, B und C usw.“ oder „eines oder mehrere von A, B und C usw.“ verwendet wird, eine solche Konstruktion im Allgemeinen, A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen usw. bedeuten soll.
Ferner sollte jedes disjunkte Wort oder jede disjunkte Formulierung, das bzw. die zwei oder mehr alternative Begriffe darstellt, sei es in der Beschreibung, den Ansprüchen oder den Zeichnungen, dahin gehend verstanden werden, dass die Möglichkeit des Einschließens eines der Begriffe, des einen oder des anderen Begriffs oder beider Begriffe in Betracht gezogen wird. Zum Beispiel sollte die Formulierung „A oder B“ so verstanden werden, dass sie die Möglichkeiten „A“ oder „B“ oder „A und B“ einschließt.
Eine oder mehrere nicht einschränkende Ausführungsformen der Offenbarung schließen ein:

In einigen Ausführungsformen kann ein System ein austauschbares Modul und eine Benutzervorrichtung einschließen. Das austauschbare Modul kann ein Element und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement in Parallelschaltung dem Element einschließen. Die Benutzervorrichtung kann für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert sein. Die Benutzervorrichtung kann eine Stromquelle einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie dem Element Strom bereitstellt, eine Authentifizierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchführt, und eine Signalkonditionierungseinheit, die in einem Kommunikationspfad zwischen dem Ein-Draht-Authentifizierungselement und der Authentifizierungseinheit eingerichtet ist.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement eine Impedanz aufweisen, die mindestens zehnmal größer ist als eine Impedanz des Elements.
In diesen oder anderen Ausführungsformen können das Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement parallel eingerichtet sein, sodass das Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement jeweils einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad bilden. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das austauschbare Modul konfiguriert sein, um einen ersten Strom in einen zweiten Strom entlang des ersten Strompfades und einen dritten Strom entlang des zweiten Strompfades aufzuteilen, und wobei der dritte Strom von dem Ein-Draht-Authentifizierungselement verwendet werden kann, um den ersten Strom zu modulieren.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das austauschbare Modul ferner eine erste Leitung einschließen, die elektrisch mit einer ersten Seite des Elements und mit einem Eingangs-/Ausgangsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements gekoppelt sein kann. Das austauschbare Modul kann auch eine zweite Leitung einschließen, die elektrisch mit einer zweiten Seite des Elements und mit einem Erdungsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements gekoppelt ist. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert sein, um Signale an einem Eingang/Ausgang zu senden und zu empfangen.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert sein, um um einen ersten Strom zu modulieren, indem ein zweiter Strom, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf, verändert wird.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert sein, um eine Authentifizierungsantwort auf eine Authentifizierungsaufforderung bereitzustellen.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Signalkonditionierungseinheit konfiguriert sein, um ein Signal von dem Ein-Draht-Authentifizierungselement zu empfangen, das Signal zu konditionieren und das konditionierte Signal an die Authentifizierungseinheit bereitzustellen. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Konditionierung des Signals mindestens eines von Folgendem einschließen: Entfernen einer Offsetspannung des Signals, Filtern des Signals, Verstärken des Signals und Formen des Signals.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Benutzervorrichtung einen Schalter einschließen, der durch die Authentifizierungseinheit gesteuert wird. Die Authentifizierungseinheit kann konfiguriert sein, um den Schalter zu verwenden, um zu ermöglichen, dass Strom durch das austauschbare Modul als Reaktion auf die Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls fließt. Die Authentifizierungseinheit kann konfiguriert sein, um zu verhindern, dass Strom durch das austauschbare Modul als Reaktion auf eine fehlgeschlagene Verifizierung des austauschbaren Moduls fließt.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das System einen Schalter einschließen, der eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Strom durch das austauschbare Modul fließt, wenn der Schalter geschlossen ist, und um zu verhindern, dass Strom durch das austauschbare Modul fließt, wenn der Schalter offen ist. Der Schalter kann durch die Authentifizierungseinheit gesteuert werden. Die Authentifizierungseinheit kann konfiguriert sein, um den Schalter zu steuern, um mit dem Ein-Draht-Authentifizierungselement zu kommunizieren. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Authentifizierungseinheit konfiguriert sein, um eine Authentifizierungsaufforderung an das austauschbare Modul durch Steuern des Schalters zu übermitteln. Das Ein-Draht-Authentifizierungselement kann konfiguriert sein, um eine Authentifizierungsantwort durch Ändern eines Stroms zu übermitteln, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Benutzervorrichtung ferner eine Signalkonditionierungsschaltlogik einschließen, die konfiguriert ist zum: Empfangen eines Signals aus dem Ein-Draht-Authentifizierungselement basierend auf dem geänderten Strom, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf, Konditionieren des Signals und Bereitstellen des konditionierten Signals an die Authentifizierungseinheit.
In einigen Ausführungsformen kann ein System ein austauschbares Modul einschließen. Das austauschbare Modul kann ein Katalyseelement und ein Authentifizierungselement einschließen. Das System kann ferner eine Benutzervorrichtung einschließen, die für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert ist. Das System kann ferner eine Authentifizierungseinheit einschließen, die konfiguriert ist, um einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchzuführen. Die Authentifizierungseinheit kann ferner konfiguriert sein, um eine Wirkkopplung zwischen der Benutzervorrichtung und dem austauschbaren Modul als Reaktion auf die Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls zu ermöglichen. Das System kann ferner eine Kommunikationsschnittstelle einschließen, die zwischen der Authentifizierungseinheit und dem Authentifizierungselement des austauschbaren Moduls eingerichtet ist.
In diesen oder anderen Ausführungsformen können das austauschbare Modul und die Benutzervorrichtung, während sie wirkgekoppelt sind, ein System bilden, das konfiguriert ist, um einen Prozess durchzuführen, bei dem ein Element, das innerhalb eines Elementbereichs angeordnet ist, entleert wird.
In diesen oder anderen Ausführungsformen umfasst die Kommunikationsschnittstelle eine Signalkonditionierungsschaltlogik.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das Ermöglichen einer Wirkkopplung das Ermöglichen des Stromflusses zu dem Katalyseelement des austauschbaren Moduls einschließen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren das Verbinden eines austauschbaren Moduls mit einer Benutzervorrichtung einschließen. Das austauschbare Modul und die Benutzervorrichtung können, wenn sie wirkgekoppelt sind, ein System bilden, das einen Prozess zur Entleerung eines Elements durchführt. Das Verfahren kann auch das Empfangen einer Authentifizierungsantwort einschließen. Das Verfahren kann auch das Konditionieren eines ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, einschließen, wodurch ein konditioniertes Signal erzeugt wird, das die Authentifizierungsantwort trägt, die durch eine Authentifizierungseinheit erfassbar ist. Das Verfahren kann auch das Durchführen eines Verifizierungsvorgangs unter Verwendung der Authentifizierungsantwort einschließen, die von dem konditionierten Signal getragen wird. Das Verfahren kann auch als Reaktion auf das Durchführen des Verifizierungsvorgangs das Wirkkoppeln des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung als Reaktion auf das Verifizieren der Authentifizierungsantwort einschließen. Alternativ kann das Verfahren auch das Unterlassen des Wirkkoppelns des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung als Reaktion darauf einschließen, dass die Verifizierung der Authentifizierungsantwort fehlschlägt.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Konditionierung des ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, das Entfernen eines in dem ersten Signal vorhandenen Offsets einschließen.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die Konditionierung des ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, das Erhalten eines gefilterten Signals durch Filtern des ersten Signals, das Erhalten eines verstärkten Signals durch Verstärken des gefilterten Signals und das Erhalten eines digitalen Signals durch Wellenformformung des verstärkten Signals einschließen.

Während die vorliegende Offenbarung hierin in Bezug auf bestimmte veranschaulichte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen und anerkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Vielmehr können viele Ergänzungen, Streichungen und Modifikationen an den veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er im nachfolgend zusammen mit ihren rechtlichen Äquivalenten beansprucht wird, abzuweichen. Zusätzlich können Merkmale von einer Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden, während sie immer noch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung enthalten sind, wie er vom Erfinder in Betracht gezogen wird.

Claims

System, umfassend: ein austauschbares Modul, umfassend: ein Element; und ein Ein-Draht-Authentifizierungselement in Parallelschaltung mit dem Element; und eine Benutzervorrichtung, die für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert ist, wobei die Benutzervorrichtung umfasst: eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um dem Element Strom bereitzustellen; eine Authentifizierungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchzuführen, und eine Signalkonditionierungseinheit, die in einem Kommunikationspfad zwischen dem Ein-Draht-Authentifizierungselement und der Authentifizierungseinheit eingerichtet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Ein-Draht-Authentifizierungselement eine Impedanz aufweist, die mindestens zehnmal größer ist als eine Impedanz des Elements.
System nach Anspruch 1, wobei das Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement parallel eingerichtet sind, sodass das Element und das Ein-Draht-Authentifizierungselement jeweils einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad bilden.
System nach Anspruch 3, wobei das austauschbare Modul konfiguriert ist, um einen ersten Strom in einen zweiten Strom entlang des ersten Strompfades und einen dritten Strom entlang des zweiten Strompfades aufzuteilen, und wobei der dritte Strom von dem Ein-Draht-Authentifizierungselement verwendet werden kann, um den ersten Strom zu modulieren.
System nach Anspruch 1, wobei das austauschbare Modul ferner umfasst: eine erste Leitung, die elektrisch mit einer ersten Seite des Elements und mit einem Eingangs-/Ausgangsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements gekoppelt ist; und eine zweite Leitung, die elektrisch mit einer zweiten Seite des Elements und mit einem Erdungsstift des Ein-Draht-Authentifizierungselements gekoppelt ist.
System nach Anspruch 5, wobei das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert ist, um Signale an einem Eingang/Ausgang zu senden und zu empfangen.
System nach Anspruch 1, wobei das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert ist, um einen ersten Strom zu modulieren, indem ein zweiter Strom, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf, verändert wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert ist, um eine Authentifizierungsantwort auf eine Authentifizierungsaufforderung bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Signalkonditionierungseinheit konfiguriert ist, um ein Signal von dem Ein-Draht-Authentifizierungselement zu empfangen, das Signal zu konditionieren und das konditionierte Signal an die Authentifizierungseinheit bereitzustellen.
System nach Anspruch 9, wobei das Konditionieren des Signals eines oder mehrere der Folgenden umfasst: Entfernen einer Offsetspannung des Signals, Filtern des Signals, Verstärken des Signals und Formen des Signals.
System nach Anspruch 1, wobei die Benutzervorrichtung einen Schalter umfasst, der von der Authentifizierungseinheit gesteuert wird, und wobei die Authentifizierungseinheit konfiguriert ist, um den Schalter zu verwenden, um zu ermöglichen, dass Strom durch das austauschbare Modul als Reaktion auf die Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls fließt, und wobei die Authentifizierungseinheit konfiguriert ist, um zu verhindern, dass Strom durch das austauschbare Modul als Reaktion auf eine fehlgeschlagene Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls fließt.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Schalter umfasst, der eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Strom durch das austauschbare Modul fließt, wenn der Schalter geschlossen ist, und um zu verhindern, dass Strom durch das austauschbare Modul fließt, wenn der Schalter offen ist, wobei der Schalter von der Authentifizierungseinheit gesteuert wird und die Authentifizierungseinheit konfiguriert ist, um den Schalter zu steuern, um mit dem Ein-Draht-Authentifizierungselement zu kommunizieren.
System nach Anspruch 12, wobei die Authentifizierungseinheit konfiguriert ist, um eine Authentifizierungsaufforderung an das austauschbare Modul zu übermitteln, indem sie den Schalter steuert, und das Ein-Draht-Authentifizierungselement konfiguriert ist, um eine Authentifizierungsantwort zu übermitteln, indem es einen Strom ändert, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf.
System nach Anspruch 13, wobei die Benutzervorrichtung ferner eine Signalkonditionierungsschaltlogik umfasst, die konfiguriert ist zum: Empfangen eines Signals aus dem Ein-Draht-Authentifizierungselement basierend auf dem geänderten Strom, der durch das Ein-Draht-Authentifizierungselement fließen darf, Konditionieren des Signals und Bereitstellen des konditionierten Signals an die Authentifizierungseinheit.
System, umfassend: ein austauschbares Modul, umfassend: ein Katalyseelement; und ein Authentifizierungselement, eine Benutzervorrichtung, die für eine Wirkkopplung mit dem austauschbaren Modul konfiguriert ist; eine Authentifizierungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Verifizierungsprozess zur Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls durchzuführen und eine Wirkkopplung zwischen der Benutzervorrichtung und dem austauschbaren Modul als Reaktion auf die Verifizierung der Authentizität des austauschbaren Moduls zu ermöglichen; und eine Kommunikationsschnittstelle, die zwischen der Authentifizierungseinheit und dem Authentifizierungselement des austauschbaren Moduls eingerichtet ist.
System nach Anspruch 15, wobei das austauschbare Modul und die Benutzervorrichtung, während sie wirkgekoppelt sind, ein System bilden, das konfiguriert ist, um einen Prozess durchzuführen, bei dem ein Element, der in einem Elementbereich angeordnet ist, entleert wird.
System nach Anspruch 15, wobei die Kommunikationsschnittstelle eine Signalkonditionierungsschaltlogik umfasst.
System nach Anspruch 15, wobei das Ermöglichen einer Wirkkopplung das Ermöglichen des Stromflusses zu dem Katalyseelement des austauschbaren Moduls umfasst.
Verfahren, wobei das Verfahren umfasst: Verbinden eines austauschbaren Moduls mit einer Benutzervorrichtung, wobei das austauschbare Modul und die Benutzervorrichtung, wenn sie wirkgekoppelt sind, ein System bilden, das einen Prozess zur Entleerung eines Elements durchführt; Empfangen einer Authentifizierungsantwort; Konditionieren eines ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, dadurch Erzeugen eines konditionierten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, die von einer Authentifizierungseinheit erfassbar ist; Durchführen eines Verifizierungsprozesses unter Verwendung der Authentifizierungsantwort, die von dem konditionierten Signal getragen wird; als Reaktion auf das Durchführen des Verifizierungsprozesses: Wirkkoppeln des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung als Reaktion auf das Verifizieren der Authentifizierungsantwort; oder Unterlassen des Wirkkoppelns des austauschbaren Moduls mit der Benutzervorrichtung als Reaktion darauf, dass die Verifizierung der Authentifizierungsantwort fehlschlägt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Konditionieren des ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, das Entfernen eines in dem ersten Signal vorhandenen Offsets umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Konditionieren des ersten Signals, das die Authentifizierungsantwort trägt, umfasst: Erhalten eines gefilterten Signals durch Filtern des ersten Signals; Erhalten eines verstärkten Signals durch Verstärken des gefilterten Signals; und Erhalten eines digitalen Signals durch Wellenform, die das verstärkte Signal formt.