安森美半导体基于安防应用的模拟方案

近年来，随着人们的安全意识不断提高，对安防产品的需求也不断增强。安防终端产品主要包括前端产品如网络/模拟/球形摄像机等，后端存储产品如数字视频录像机(DVR)、网络硬盘录像机(NVR)、视频存储、视频服务器等，传输、智能交通、车载产品如视频矩阵、大屏分割、智能交通频闪灯、便携式DVR、车载DVR和行车记录仪等，以及新兴领域和新产品如家用摄像机、运动摄像机、工业摄像机、机器视觉、可视对讲与门禁系统、无人机等等。作为的半导体供应商，安森美半导体针对上述各类应用，都可提供相应的完整的解决方案，包括主控芯片和外围模拟器件，本文将重点介绍模拟方案。
　　线性稳压器
　　安森美半导体是大线性稳压器供应商，其低压降稳压器(LDO)产品种类齐全，具有低静态电流、低噪声、高电流、极小封装尺寸、超低压降、多通道输出、瞬态响应及软启动等优势，并集成一系列保护特性，可满足安防领域对于线性电源的各种要求。
　　以NCP114为例，电源抑制比(PSRR)在1 KHz时高达75 dB，输出噪声低至65 uVrms，提供以50 mV步幅的输出电压选择，也可根据需要提供定制不同输出电压的版本，非常适用于安防前端产品，如摄像机中给图像传感器及数字芯片等电源噪声敏感的负载供电。
　　安森美半导体提供一系列支持DDR VTT供电的高性能终端稳压器，如NCP51190/8/9、NCP51145、NCP51200、NCP51400、NCP51510等等，其中应用广泛的NCP51200，可满足从DDR1到DDR4不同的电压要求，输入电压可低至1.1 V，终端电压(VTT)低至0.5 V，输出电流可达3 A，集成功率MOSFET，内置软启动，结合高速差分放大器以提供快速瞬态响应，可用于安防前后端产品的DDR供电。
　　DC-DC电源
　　根据输入电压及输出电流的不同，安森美半导体可提供满足不同要求的各种DC-DC方案。
　　1). 12 V 总线
　　NCP323x是高输出电流、高能效的电压模式同步降压转换器系列，提供从4.5 V至18 V的宽输入电压范围，内置降压电路的高边和低边MOSFET，能效高达95%，内置软启动，采用全部引脚兼容的封装，适用于安防后端存储产品中给专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等主芯片和I/O口及硬盘设备供电。
　　对于3 A以下低输出电流的应用，安森美半导体提供NCP3170同步稳压器，工作输入电压范围为4.5 V至18 V，输出电压可调低至0.8 V，内置90 mΩ高边和24 mΩ低边开关，结合脉频调制(PFM)模式提升轻载能效，适合用在各类芯片、I/O口等的供电上。
　　2). 24 V至100 V输入总线
　　NCP1034同步降压控制器适用于高压输入应用，输入耐压可达100 V，内置驱动器，驱动电流能力可达2 A，外部频率可调，具备可编程软启动、可编程过流保护及打嗝模式(hiccup)限流等特性，适用于24 V、48 V、60 V等直流母线输入场合如NVR、交换机、智能球形摄像机、无人机等产品的级的DC-DC功率转换上。
　　3). LED 驱动器及温度传感器
　　LED驱动器NCL30161，采用独特的平均电流滞环控制模式，无需外部环路补偿电路，支持模拟/PWM调光，适用于智能交通频闪灯、曝闪灯及摄像机的红外补光灯。
　　12位数字温度传感器NCT75，工作温度范围-55 ℃至125 ℃，内置的温度传感器为±1 ℃，分辨率为1/16 ℃，支持SMBus总线报警，具有待机模式、触发模式等，适合用作感温设备监控整个产品的工作温度和发热状况。
　　以太网供电(POE)产品
　　POE是指通过以太网电缆传输电力。近年来POE在安防领域的应用越来越广泛，尤其是在网络摄像机和NVR中分别作为受电设备(PD)和供电设备。传统的POE方案相关的标准和规范有IEEE 802.3af和IEEE 802.3at，分别代表了13 W和25 W的功率等级。随着受电设备功能不断丰富，功率不断增大，又出现了POE+、POE++等非标规范。
　　安森美半导体是的电信供应商的技术合作伙伴，其POE产品包含受电端PD控制器和DC-DC控制器，可涵盖各个功率等级，满足不同的应用需求，如符合IEEE802.3af/at的集成方案NCP108x，集成POE-PD和反激DC-DC控制器，只需单芯片就可满足POE受电设备的整个电源应用，内置斜率补偿，开关频率和软启动时间可调，集成可调的欠压锁定和浪涌保护。又如分立方案NCP109x+NCP103x，其中NCP103x输入电压范围为8 V至100 V，内置MOSFET，输出功率8 W至30 W，开关频率达1 MHz，采用电流模式控制。这些产品都适合用于安防摄像机的POE电源。由于NCP103x具备性能和集成度上的优势，还适用于安防前后端各类产品的隔离型辅助供电电源。
　

　　图1：POE方案

　　对于各类非标POE、POE+等规范，后级DC-DC的输出功率需要进一步增大。安森美半导体的NCP1251固定频率6引脚PWM控制器可满足此类需求，该器件外接MOSFET，通过频率反走和跳周期确保在所有负载下都实现高能效，可涵盖100 W以内的应用。
　　NCP1565双模式有源钳位PWM控制器针对更高输出功率、更高转换能效和更高功率密度需求的应用，支持非标POE++，内置200 V高压启动电路，频率可达1.5 MHz，可有效地减小磁性元器件的体积，提高功率密度，可根据实际应用灵活选择电流模式和电压模式两种控制方式，同时，片内带有可编程占空比限制、逐周期过流保护、过压/欠压保护等特性。
　　保护方案
　　1). 电子保险丝(eFuse)
　　eFuse是一种集成的过流及过压保护方案，可通过的设置和检测过流点防止在热插拔、开关机等暂态过程中由于电压、电流尖峰损坏连接器、PCB线路和后级元件，用于安防领域热插拔应用和任何需要限制浪涌/放电电流的系统，如网络视频存储、硬盘录像机、服务器、车载DVR等。
　　对于安防产品系统中常见的3.3 V、5 V、12 V电源轨，安森美半导体都有相应的eFuse产品，如NIS5135、NIS5132等，为硬盘驱动器、精密芯片、电源母线等提供保护，并将持续推出具更低导通电阻、更低功耗、更的电流检测、更快保护反应动作和更小封装的产品。
　　2). 共模滤波器(CMF)
　　安森美半导体提供集EMI滤波器和ESD保护二合一的共模滤波器集成方案如EMI814x、EMI804x，可对高速通信接口的噪声形成有效的衰减，并对通信接口提供ESD保护，从而提高有线或无线链路的可靠性和数据吞吐量，适合用于各类高速通信接口如USB、HDMI等接口。为提升性能，安森美半导体将持续开发噪声衰减性能更强、钳位电压更低、封装尺寸更小、成本更低的新方案。
　　3). ESD 和TVS保护
　　为防止系统级ESD静电损坏芯片组，在系统中有任何接触人手或机器处理接口的设备，往往都会加ESD保护器件，如果需要对能量更大的浪涌进行保护，还需加TVS保护器件。由于安防产品的应用环境比较恶劣复杂，所以ESD和TVS在安防领域有着广泛的应用。随着HDMI2.0、USB3.0等高速通信接口的出现和应用，在接口数据速率增加、IC几何尺寸减小的趋势下，要求ESD器件具有更低电容和钳位电压。
　　安森美半导体的ESD8004/6、ESD8040集成硅控整流器(SCR)保护，电容低至0.35 pF以下，钳位电压仅8 V，可以更小的封装应用于更高数据速率的接口和总线。对于的HDMI2.0总线高达6 Gbps的数据速率，ESD8104和ESD8040以0.3 pF 的电容可满足这类应用的需求。对于USB3.0/3.1的保护，有ESD8x04和ESD8006分别提供分立和全集成的方案，而对于低成本的应用场合有ESD8016。
　　安森美半导体对于10 M/100 M和1 G以太网接口，分别提供TVS8814和TVS8818浪涌防护方案。TVS881x采用业内的LVPT工艺，可有效地降低每一单端口的钳位电压，同时保持极低对地电容，创新的8通道流经封装提供设计灵活性和低成本。
　　电机驱动器
　　电机驱动器主要用于安防摄像机的云台(供电电压12 V或24 V)平移、倾斜控制和镜头(供电电压5 V))的变焦、对焦、光圈调节。安森美半导体用于安防摄像机的电机驱动器方案阵容如图2 所示。
　　

　　图2：安森美半导体的安防摄像机方案阵容

　　其中常见的双H桥步进电机驱动器LV8414可用于镜头的对焦和光学变焦，支持256微步细分控制。6通道微步驱动器LV8044，采用紧凑的封装，用于镜头的对焦、变焦、光圈调节和日夜模式的滤光片切换。双PWM步进电机驱动器LV8714TA，片上四路半桥通道采用恒流控制，能够独立驱动2个步进电机或4个直流电机，输出导通阻抗仅0.9 Ω，提供低噪声和低功耗，适合用于球形摄像机的云台控制。
　　典型应用
　　下图分别为球形摄像机和NVR的系统框图，显示了上述各类器件的具体应用。
　　

　　图3：球形摄像机框图
　　　　

图4：NVR框图
　　

      总结
　　安森美半导体为安防应用提供全面的模拟方案，包括LDO 、DC-DC电源、POE方案、保护器件、电机驱动等等，具有高可靠性、高能效、高精准度、小封装等优势，公司在中国还配备现场应用工程(FAE)团队及技术，以提供强大的技术支援和迅速响应，协助客户解决安防应用的设计挑战。