【应用】瑞纳捷推出两线式电子烟加密烟弹方案，无需增加触点和改变气道，可自动识别烟弹正反插

时间： 2022-04-22 来源：瑞纳捷

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传统的电子烟烟弹在结构设计上只有两个触点与烟杆连接，烟杆主板电路通过这两个触点向烟弹的发热丝提供驱动电流来加热烟油达到雾化的效果。为了阻止盗版烟弹对品牌商和用户的利益损害，在烟弹中增加可识别的加密芯片成为品牌商家们的共识，但问题是如何在小巧精密的烟弹中增加电路板和读出接口？既不改变烟弹外观、又不影响雾化室和气流通道的正常工作是工程师们的设计诉求。

瑞纳捷半导体推出的RJGT101D6加密芯片是通过1-Wire总线提供能电能和数据的单总线芯片，主机系统只需要连接RSD（单总线）和GND（地），即可与RJGT101D6进行双向交互认证。这就意味着利用现有烟弹的两个触点连接RJGT101D6，在不增加触点不改变烟弹外观的情况下，可实现与烟杆主机的数据通信和电能传输。

经过瑞纳捷工程师们的多方论证和反复试验，最终推出了一个低成本的两线式电子烟加密烟弹设计方案。经实测该方案有如下特点：

● 无需改变传统的两触点的烟弹外观（不增加触点、不改变气道）。

● 无需机械防呆，烟杆主机可自动识别烟弹正插、反插。

● 烟杆主机与烟弹加密芯片可双向数据交互和双向身份认证。

● 烟弹雾化器发热丝的工作和加密芯片的工作互不影响。

● 方案成本低，烟杆主机只需7个普通MOS管，烟弹内只需1个普通MOS管。

图1 烟弹正插电路原型

本方案烟弹正插电路原型如图1所示。因为烟弹中的发热丝没有极性，而加密芯片RJGT101D6是有极性的，烟杆侧要解决的核心问题就是烟弹极性的检测和供电方向的切换，本方案利用NMOS管和PMOS管组成的开关电路来切换烟弹的供电方向实现烟弹正、反插都能工作。

另一方面，烟弹内部的发热丝和加密芯片RJGT101D6只能用串联或并联的方式连接，如何才能使它们不相互影响对方的工作是烟弹电路设计的难点。

本方案采用RJGT101D6与发热丝串联的方式，因为加密芯片RJGT101D6必须施加正向电压（RSD脚接高电平，GND脚接低电平）才能工作和通信，瑞纳捷在RJGT101D6的RSD脚和GND脚间并联1颗单向导通的PMOS管（类似二极管的作用），这颗PMOS管起到了RJGT101D6反向旁路的作用。

图2 正向供电回路

如图2所示，当烟杆主机提供正向电压给烟弹时，加密芯片和发热丝都可以工作。但加密芯片RJGT101D6工作电流非常小（小于1mA），所以烟杆正向供电时，虽然有1mA的电流通过发热丝，但它几乎不发热，不会引起雾化动作。从图2的正向供电回路可以看出，RJGT101的是由2.2K上拉电阻通过MOS1供电的，最终通过MOS4回到电源地。

如图3所示，当烟杆主机提供反向电压给烟弹时，RJGT101D6被PMOS管旁路，只有发热丝能工作。而发热丝工作时需要断开MOS1闭合MOS2，断开MOS4闭合MOS3，电池通过MOS5输出最大功率来驱动发热丝发热。

图3 反向供电回路

再来分析一下烟弹反插时烟杆电路如何工作。从图4可以看出，只需要断开MOS1闭合MOS2，闭合MOS3断开MOS4即可为RJGT101提供正向工作电压。而发热丝工作时需要断开MOS2闭合MOS1，断开MOS3闭合MOS4，电池通过MO6为发热丝提供大功率驱动电流，然后通过MOS4回流到地。

图4 烟弹反插电路原型

本文分析了瑞纳捷半导体两触点加密烟弹方案的基本原型及其原理，方案的开关电路采用低成本的MOS管搭建，具体如何选择MOS管和搭建电路、MCU是如何与RJGT101D6的做数据交互的，在文章：【应用】加密芯片RJGT101D6用于两触点加密烟弹，内置MOS管搭建开关电路，导通压降接近0V中有详细讲解。

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产品型号	品类	摘要算法	密钥长度(bit)	用户存储器(Bytes)	ESD性能(HBM)	工作电压(V)	封装(尺寸)
RJGT101D6	加密芯片	RC4	128bit	256 Bytes	2KV HBM	2.4～5.5V	DFN-6(2.0×2.0mm)