安森美半導(dǎo)體基于安防應(yīng)用的模擬方案

一、前言

近年來，隨著人們的安全意識不斷提高，對安防產(chǎn)品的需求也不斷增強(qiáng)。

安防終端產(chǎn)品主要包括前端產(chǎn)品如網(wǎng)絡(luò)/模擬/球形攝像機(jī)等，后端存儲產(chǎn)品如數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)(NVR)、視頻存儲、視頻服務(wù)器等，傳輸、智能交通、車載產(chǎn)品如視頻矩陣、大屏分割、智能交通頻閃燈、便攜式DVR、車載DVR和行車記錄儀等，以及新興領(lǐng)域和新產(chǎn)品如家用攝像機(jī)、運(yùn)動攝像機(jī)、工業(yè)攝像機(jī)、機(jī)器視覺、可視對講與門禁系統(tǒng)、無人機(jī)等等。

作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體針對上述各類應(yīng)用，都可提供相應(yīng)的完整的解決方案，包括主控芯片和外圍模擬器件，本文將重點(diǎn)介紹模擬方案。

二、線性穩(wěn)壓器

安森美半導(dǎo)體是全球最主要的線性穩(wěn)壓器供應(yīng)商之一，其低壓降穩(wěn)壓器(LDO)產(chǎn)品種類齊全，具有低靜態(tài)電流、低噪聲、高電流、極小封裝尺寸、超低壓降、多通道輸出、極佳瞬態(tài)響應(yīng)及軟啟動等優(yōu)勢，并集成一系列保護(hù)特性，可滿足安防領(lǐng)域?qū)τ诰€性電源的各種要求。

以NCP114為例，電源抑制比(PSRR)在1kHz時高達(dá)75dB，輸出噪聲低至65μVrms，提供以50mV步幅的輸出電壓選擇，也可根據(jù)需要提供定制不同輸出電壓的版本，非常適用于安防前端產(chǎn)品，如攝像機(jī)中給圖像傳感器及數(shù)字芯片等電源噪聲敏感的負(fù)載供電。

安森美半導(dǎo)體提供一系列支持DDR VTT供電的高性能終端穩(wěn)壓器，如NCP51190/8/9、NCP51145、NCP51200、NCP51400、NCP51510等等，其中應(yīng)用最廣泛的NCP51200，可滿足從DDR1到DDR4不同的電壓要求，輸入電壓可低至1.1V，終端電壓(VTT)低至0.5V，輸出電流可達(dá)3A，集成功率MOSFET，內(nèi)置軟啟動，結(jié)合高速差分放大器以提供快速瞬態(tài)響應(yīng)，可用于安防前后端產(chǎn)品的DDR供電。

三、DC-DC電源

根據(jù)輸入電壓及輸出電流的不同，安森美半導(dǎo)體可提供滿足不同要求的各種DC-DC方案。

1、12V總線

NCP323x是高輸出電流、高能效的電壓模式同步降壓轉(zhuǎn)換器系列，提供4.5V～18V的寬輸入電壓范圍，內(nèi)置降壓電路的高邊和低邊MOSFET，能效高達(dá)95%，內(nèi)置軟啟動，采用全部引腳兼容的封裝，適用于安防后端存儲產(chǎn)品中給專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)等主芯片和I/O口及硬盤設(shè)備供電。

對于3A以下低輸出電流的應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體提供NCP3170同步穩(wěn)壓器，工作輸入電壓范圍為4.5V～18V，輸出電壓可調(diào)低至0.8V，內(nèi)置90mΩ高邊和24mΩ低邊開關(guān)，結(jié)合脈頻調(diào)制(PFM)模式提升輕載能效，適合用在各類芯片、I/O口等的供電上。

2、24～100V 輸入總線

NCP1034同步降壓控制器適用于高壓輸入應(yīng)用，輸入耐壓可達(dá)100V，內(nèi)置驅(qū)動器，驅(qū)動電流能力可達(dá)2A，外部頻率可調(diào)，具備可編程軟啟動、可編程過流保護(hù)及打嗝模式(hiccup)限流等特性，適用于24V、48V、60V等直流母線輸入場合如NVR、交換機(jī)、智能球形攝像機(jī)、無人機(jī)等產(chǎn)品的第一級的DC-DC功率轉(zhuǎn)換上。

3、LED 驅(qū)動器及溫度傳感器

LED驅(qū)動器NCL30161，采用獨(dú)特的平均電流滯環(huán)控制模式，無需外部環(huán)路補(bǔ)償電路，支持模擬/PWM調(diào)光，適用于智能交通頻閃燈、曝閃燈及攝像機(jī)的紅外補(bǔ)光燈。

12位數(shù)字溫度傳感器NCT75，工作溫度范圍-55℃至125℃，內(nèi)置的溫度傳感器精度為±1℃，分辨率為1/16℃，支持SMBus總線報警，具有待機(jī)模式、一次觸發(fā)模式等，適合用作感溫設(shè)備監(jiān)控整個產(chǎn)品的工作溫度和發(fā)熱狀況。

四、以太網(wǎng)供電(POE)產(chǎn)品

POE是指通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力。近年來POE在安防領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和NVR中分別作為受電設(shè)備(PD)和供電設(shè)備。傳統(tǒng)的POE方案相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有IEEE 802.3af和IEEE 802.3at，分別代表了13W和25W的功率等級。隨著受電設(shè)備功能不斷豐富，功率不斷增大，又出現(xiàn)了POE+、POE++等非標(biāo)規(guī)范。

安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的電信供應(yīng)商的技術(shù)合作伙伴，其POE產(chǎn)品包含受電端PD控制器和DC-DC控制器，可涵蓋各個功率等級，滿足不同的應(yīng)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，只需單芯片就可滿足POE受電設(shè)備的整個電源應(yīng)用，內(nèi)置斜率補(bǔ)償，開關(guān)頻率和軟啟動時間可調(diào)，集成可調(diào)的欠壓鎖定和浪涌保護(hù)。

又如分立方案NCP109x+NCP103x，其中NCP103x輸入電壓范圍為8～100V，內(nèi)置MOSFET，輸出功率8～30W，開關(guān)頻率達(dá)1MHz，采用電流模式控制。這些產(chǎn)品都適合用于安防攝像機(jī)的POE電源。由于NCP103x具備性能和集成度上的優(yōu)勢，還適用于安防前后端各類產(chǎn)品的隔離型輔助供電電源。

對于各類非標(biāo)POE、POE+等規(guī)范，后級DC-DC的輸出功率需要進(jìn)一步增大。安森美半導(dǎo)體的NCP1251固定頻率6引腳PWM控制器可滿足此類需求，該器件外接MOSFET，通過頻率反走和跳周期確保在所有負(fù)載下都實(shí)現(xiàn)高能效，可涵蓋100W以內(nèi)的應(yīng)用。

NCP1565雙模式有源鉗位PWM控制器針對更高輸出功率、更高轉(zhuǎn)換能效和更高功率密度需求的應(yīng)用，支持非標(biāo)POE++，內(nèi)置200V高壓啟動電路，最高頻率可達(dá)1.5MHz，可有效地減小磁性元器件的體積，提高功率密度，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活選擇電流模式和電壓模式兩種控制方式，同時，片內(nèi)帶有可編程占空比限制、逐周期過流保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)等特性。

五、保護(hù)方案

1、電子保險絲(eFuse)

eFuse是一種集成的過流及過壓保護(hù)方案，可通過精確的設(shè)置和檢測過流點(diǎn)防止在熱插拔、開關(guān)機(jī)等暫態(tài)過程中由于電壓、電流尖峰損壞連接器、PCB線路和后級元件，用于安防領(lǐng)域熱插拔應(yīng)用和任何需要限制浪涌/放電電流的系統(tǒng)，如網(wǎng)絡(luò)視頻存儲、硬盤錄像機(jī)、服務(wù)器、車載DVR等。

對于安防產(chǎn)品系統(tǒng)中常見的3.3V、5V、12V電源軌，安森美半導(dǎo)體都有相應(yīng)的eFuse產(chǎn)品，如NIS5135、NIS5132等，為硬盤驅(qū)動器、精密芯片、電源母線等提供保護(hù)，并將持續(xù)推出具更低導(dǎo)通電阻、更低功耗、更精確的電流檢測、更快保護(hù)反應(yīng)動作和更小封裝的產(chǎn)品。

2、共模濾波器(CMF)

安森美半導(dǎo)體提供集EMI濾波器和ESD保護(hù)二合一的共模濾波器集成方案如EMI814x、EMI804x，可對高速通信接口的噪聲形成有效的衰減，并對通信接口提供ESD保護(hù)，從而提高有線或無線鏈路的可靠性和數(shù)據(jù)吞吐量，適合用于各類高速通信接口如USB、HDMI等接口。為提升性能，安森美半導(dǎo)體將持續(xù)開發(fā)噪聲衰減性能更強(qiáng)、鉗位電壓更低、封裝尺寸更小、成本更低的新方案。

3、ESD 和 TVS 保護(hù)

為防止系統(tǒng)級ESD靜電損壞芯片組，在系統(tǒng)中有任何接觸人手或機(jī)器處理接口的設(shè)備，往往都會加ESD保護(hù)器件，如果需要對能量更大的浪涌進(jìn)行保護(hù)，還需加TVS保護(hù)器件。由于安防產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境比較惡劣復(fù)雜，所以ESD和TVS在安防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著HDMI2.0、USB3.0等高速通信接口的出現(xiàn)和應(yīng)用，在接口數(shù)據(jù)速率增加、IC幾何尺寸減小的趨勢下，要求ESD器件具有更低電容和鉗位電壓。

安森美半導(dǎo)體的ESD8004/6、ESD8040集成硅控整流器(SCR)保護(hù)，電容低至0.35pF以下，鉗位電壓僅8V，可以更小的封裝應(yīng)用于更高數(shù)據(jù)速率的接口和總線。對于最新的HDMI2.0總線高達(dá)6Gbps的數(shù)據(jù)速率，ESD8104和ESD8040以0.3pF 的電容可滿足這類應(yīng)用的需求。對于USB3.0/3.1的保護(hù)，有ESD8x04和ESD8006分別提供分立和全集成的方案，而對于低成本的應(yīng)用場合有ESD8016。

安森美半導(dǎo)體對于10M/100M和1G以太網(wǎng)接口，分別提供TVS8814和TVS8818浪涌防護(hù)方案。TVS881x采用業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的專利LVPT工藝，可有效地降低每一單端口的鉗位電壓，同時保持極低對地電容，創(chuàng)新的8通道流經(jīng)封裝提供設(shè)計(jì)靈活性和低成本。

六、電機(jī)驅(qū)動器

電機(jī)驅(qū)動器主要用于安防攝像機(jī)的云臺(供電電壓12V或24V)平移、傾斜控制和鏡頭(供電電壓5V)的變焦、對焦、光圈調(diào)節(jié)。安森美半導(dǎo)體用于安防攝像機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器方案陣容如圖2 所示。

其中最常見的雙H橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器LV8414可用于鏡頭的對焦和光學(xué)變焦，支持256微步細(xì)分精確控制。6通道微步驅(qū)動器LV8044，采用緊湊的封裝，用于鏡頭的對焦、變焦、光圈調(diào)節(jié)和日夜模式的濾光片切換。雙PWM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器LV8714TA，片上四路半橋通道采用恒流控制，能夠獨(dú)立驅(qū)動2個步進(jìn)電機(jī)或4個直流電機(jī)，輸出導(dǎo)通阻抗僅0.9 ?，提供低噪聲和低功耗，適合用于球形攝像機(jī)的云臺控制。

七、典型應(yīng)用

圖3、圖4分別為球形攝像機(jī)和NVR的系統(tǒng)框圖，顯示了上述各類器件的具體應(yīng)用。如球形攝像機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)LV8414、LV8044用于鏡頭類驅(qū)動，TVS8814、TVS8818用于以太網(wǎng)接口浪涌防護(hù)，NCT75用于系統(tǒng)內(nèi)溫度檢測與監(jiān)控，步進(jìn)電機(jī)LV8714用于云臺，及電源芯片用于AC24 V、DC24 V和POE供電電源。NVR中，ESD8006、ESD8016和 EMI814x用于USB2.0/3.0接口的防護(hù)，ESD8040、ESD8104用于HDMI接口防護(hù)，TVS8814、TVS8818用于以太網(wǎng)接口防護(hù)，NIS5135、NIS5132用 于硬盤驅(qū)動器輸入電源軌的 防 護(hù)，NB3N5573用于提供PCIE時鐘信號，NCP1034、NTMFS5C673用于48 V系統(tǒng)第一級電源轉(zhuǎn)換，NCP323x用于第二級DC-DC轉(zhuǎn)換。

八、總結(jié)

安森美半導(dǎo)體為安防應(yīng)用提供全面的模擬方案，包括LDO 、DC-DC電源、POE方案、保護(hù)器件、電機(jī)驅(qū)動等等，具有高可靠性、高能效、高精準(zhǔn)度、小封裝等優(yōu)勢，公司在中國還配備現(xiàn)場應(yīng)用工程(FAE)團(tuán)隊(duì)及技術(shù)專家，以提供強(qiáng)大的技術(shù)支援和迅速響應(yīng)，協(xié)助客戶解決安防應(yīng)用的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。