一款技術(shù)復(fù)雜的產(chǎn)品卻能擁有非常簡(jiǎn)單的使用體驗(yàn)，這就是獨(dú)創(chuàng)工程設(shè)計(jì)的偉大之處。通用性強(qiáng)、經(jīng)久耐用的iButton就是這樣的產(chǎn)品，它是一款密封在不銹鋼護(hù)套中的芯片。iButton的起源可追溯到大約30年前，至今仍然被不斷集成到各種應(yīng)用之中。例如，矯正科醫(yī)生將其安裝在牙套上，以監(jiān)測(cè)病人的佩戴時(shí)間；制藥公司利用其監(jiān)測(cè)運(yùn)送途中的溫度敏感藥物，將該信息與位置信息進(jìn)行整合，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題；食品供應(yīng)公司對(duì)易腐爛的貨物也在實(shí)施同樣的應(yīng)用。甚至，美國(guó)德克薩斯州達(dá)拉斯的一個(gè)動(dòng)物園讓一頭大象吞下iButton，用于記錄腸道的溫度。

目前，iButton家族中有超過(guò)20款產(chǎn)品，專(zhuān)門(mén)為其他產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送或記錄功能而設(shè)計(jì)。器件可跟蹤溫度和濕度、提供訪問(wèn)控制及資產(chǎn)追蹤，以及支持電子現(xiàn)金交易。在當(dāng)?shù)匾恍┐髮W(xué)醫(yī)院的醫(yī)生訪問(wèn)了位于圣何塞的Maxim總部，了解了iButton在矯正領(lǐng)域的應(yīng)用之后，我希望更多地了解這些微小器件的起源。于是，我與iButton的發(fā)明人之一Hal Kurkowski進(jìn)行了交流。他目前是Maxim微處理器與安全產(chǎn)品事業(yè)部的執(zhí)行總監(jiān)。

故事始于Dallas Semiconductor (2001年被Maxim收購(gòu))，其產(chǎn)品線包括非易失靜態(tài)RAM。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)技術(shù)中，寫(xiě)序列通常比讀序列所需的時(shí)間長(zhǎng)，這對(duì)于某些類(lèi)型的應(yīng)用會(huì)存在問(wèn)題。Dallas Semiconductor的工程師借助其創(chuàng)始人開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，創(chuàng)建了電池備份的靜態(tài)RAM，其中讀和寫(xiě)序列是同步的；芯片斷電期間，電池電源可保持?jǐn)?shù)據(jù)。該RAM產(chǎn)品的一個(gè)分支(便攜式令牌)成為了iButton和智能卡的先驅(qū)。該令牌的作用與現(xiàn)在USB狗類(lèi)似，支持其與主計(jì)算機(jī)之間交換數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)者利用雙列直插封裝(DIP)的引腳提供與令牌內(nèi)芯片的電氣連接。但是Kurkowski解釋說(shuō)，這些引腳非常脆弱，從而影響令牌的實(shí)用性和可靠性。

大約在同時(shí)，該公司正在開(kāi)發(fā)1-Wire?串行協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)單根導(dǎo)線提供低速數(shù)據(jù)、信號(hào)和電源。將1-Wire協(xié)議集成到令牌中使其更接近今天的iButton。但是工程師必須解決可靠性問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，他們考察了鋰離子紐扣電池行業(yè)。為了與令牌內(nèi)的芯片通信，至少需要一個(gè)觸點(diǎn)和一個(gè)地，與電池非常相似。于是，工程師就想：如果把芯片從令牌中取出，然后放進(jìn)紐扣電池外殼中，會(huì)怎么樣呢？工程師將一塊包含芯片的微小PCB安裝到了一個(gè)不銹鋼護(hù)套內(nèi)，提供更堅(jiān)固的外殼。1-Wire協(xié)議提供與紐扣電池外殼中的芯片通信以及供電的途徑。對(duì)于要求非易失讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘或溫度數(shù)據(jù)記錄器的產(chǎn)品，在護(hù)套內(nèi)增加了一個(gè)小型電池，提供必要的板載電源。

iButtons捕獲的數(shù)據(jù)可傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行檢查和分析，而器件可安裝在任何物體上

復(fù)雜的芯片，簡(jiǎn)單的使用

正如Kurkowski所言，iButton仍然有許多方面需要增強(qiáng)，因?yàn)樵诠饣募~扣電池式外殼上附著任何物體都是非常困難的。對(duì)于壽命可能持續(xù)長(zhǎng)達(dá)10年并且在惡劣環(huán)境下使用的器件，雙面膠或膠水畢竟不太切合實(shí)際。工程師決定在護(hù)套的底部周?chē)O(shè)計(jì)凸緣，在前方設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械壓接環(huán)，這樣就能夠以機(jī)械方式將iButton固定在終端產(chǎn)品上?！艾F(xiàn)在，我們能夠?qū)⑾胍娜魏喂δ芗傻叫酒?，它可以是存?chǔ)器芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、溫度測(cè)量芯片。”Kurkowski補(bǔ)充說(shuō)。

當(dāng)iButton開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)建不同版本的產(chǎn)品時(shí)，他們始終保持器件形狀的一致性，以便于使用。有一組探頭和讀取器可支持任何類(lèi)型的iButton。用戶(hù)很容易設(shè)置數(shù)據(jù)記錄頻率等不同的參數(shù)，并且可通過(guò)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)。Thermochron iButtons作為溫度測(cè)量器件，配備有芯片、電池和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)。從工程角度看，iButton Hygrochron溫度/濕度記錄器甚至表現(xiàn)更為出色。iButtons通常完全密封，但這種iButtons需要接觸周?chē)諝狻urkowski介紹說(shuō)，為提供接觸能力，工程師在按鈕的頂部設(shè)計(jì)了一個(gè)微型孔，在正下方安裝濕度傳感器，將器件的其余部分密封，以保護(hù)其他電子元件。

“iButton的優(yōu)點(diǎn)之一是其熱質(zhì)量非常小，所以響應(yīng)時(shí)間非常快。”Kurkowski表示：“此外，器件可使用10年或進(jìn)行一百萬(wàn)次溫度轉(zhuǎn)換 — 以先到者為準(zhǔn)。”

顯而易見(jiàn)，iButton的發(fā)明需要一定的巧思和創(chuàng)造力，以及將獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)整合在一起的能力。工程團(tuán)隊(duì)還需要考察其他領(lǐng)域的工作，例如紐扣電池。由于iButtons具有類(lèi)似的形狀和尺寸，團(tuán)隊(duì)就能夠借助電池制造技術(shù)生產(chǎn)其器件。

“在許多工程中，您需要做的是進(jìn)行考察，了解是否有人已經(jīng)解決了相關(guān)問(wèn)題，因?yàn)槟泻芏鄦?wèn)題需要解決?！盞urkowski表示：“您希望最終產(chǎn)品非常獨(dú)特、具有創(chuàng)造性，并且他人難以仿制。但另一方面，你并不希望發(fā)明從A到B的所有東西，所以就需要了解有哪些困難已經(jīng)被別的工程師克服。”

iButton的應(yīng)用廣泛，可謂只有想不到，沒(méi)有做不到。