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安防监控系统防电瞬变解决方案
小工具栏: 【字体: 点击次数: 发布日期:2014年08月22日

安防摄像头和监控系统遍布世界各地,并且其使用大有与日俱增之势。这种局面是由诸多因素造成的,包括:公共机构的安全和风险缓解需求、新型保险业的需要,以及成本降低但系统性能增加的变化趋势。
过去,监控系统常常需要进行专业安装,并且会用到特殊电缆和分立式电源。而如今,IP监控系统非常容易安装并且适应性好,能够通过常用的CAT5(5类)电缆或者Wi-Fi网络连接到既有的以太网(Ethernet)基础设施中。此外,通过把现有的IP摄像头连入DVR(数字硬盘录像机)或者云存储服务就可以组成一套完整的系统,进而还可以通过任何智能手机或者其他便携式设备进行现场远程监控。
以太网供电(PoE)在使用和送电能力方面也取得了长足进步,这使得仅通过单根电缆实现摄像头的供电和连接成为了可能,同时也降低了安装成本。
安装在室内外的摄像头不仅可用来保护公共场所(比如公寓和办公楼、工厂、学校校园以及个人住宅)的安全,还可以用来监控交通状况。在所有这些情况下,电缆连接和断开的过程中都会遭受静电放电(ESD)和电缆放电事件(CDE)的威胁。易损坏的电路包括按钮和开关、存储器插槽以及视频输出端口。对于安装在室外的摄像头而言,视频(CVBS或SDI)和数据(以太网、USB)端口还会遭受剧烈且重复的雷击瞬变现象。
同样,录像硬件(数字硬盘录像机/个人录像机)也将会暴露在ESD和雷击浪涌的威胁下。当录像设备连接到视频和数据端口时,就会引入ESD。在雷雨天气里,瞬变可引入电源(AC/DC)电路和以太网/视频端口中(如果连接到安装在室外的摄像头上)。
所有这些问题对硬件设计师和制造商都是一个不断增加的挑战。随着各种设备功能的增加,芯片组的复杂度及灵敏度也在增加。同时,设计师还要面临降低成本的压力。
许多情况下,在早期的设计阶段,很少有制造商会考虑瞬态保护,从而导致设备很容易失效,进而产生相应的维修费用和处理问题,使其品牌信誉受损。保护元器件的目的就是为了把瞬变能量降低到安全范围以内,以确保应用性能可靠并且使电路的正常工作不受干扰。例如,其决不能通过增加额外电容或者其他非线性效应使高速信号降低。
本文将讨论安防监控系统各单元所面临的威胁以及防止这些威胁的方法。
保护摄像头
静电放电(ESD)以及其他瞬变和浪涌可能进入摄像头的直流输入端口中(如果使用的是分立式电源)。解决方法是在摄像头直流输入端口尽可能近的地方连接一个通用瞬态电压抑制(TVS)二极管。针对5V~6V的关断电压通常定额选配一个30pF/30kV的单向或双向器件。二极管的选取应遵循以下原则:额定电压比直流电路的额定电压高15%以上,并且把适用的地方标准和预期的温度范围考虑在内。
多媒体卡(MMC)或者智能卡端口界面是ESD进入系统的一道入口。用户或安装者会积累静电荷,当MMC卡或SD存储卡插入时,静电荷会发生转移。这里推荐用具有5V~5.5V关断电压的8pF~30pF/15kV单向TVS阵列进行保护。因为该端口的传输速度较低,所以可选择高达30pF的电容值进行保护。既可以选择分立式二极管,也可以选择二极管阵列—可减少器件数或者节省电路板空间。
ESD也可能通过摄像头的键盘和控制按钮进入系统中。这些电路可以通过一个具有5V~6V关断电压的8pF~30pF/15kV~30kV双向或单向TVS阵列进行保护。因为这些电路是简单的直流电路,所以保护器件的电容无关紧要,并且其选择很大程度上是基于外形尺寸的(分立式对阵列,或者封装外形)。
如果摄像头包含USB端口,那么数据线应该用低电容解决方案进行保护,因为USB2.0的数据速率可高达480Mb/s,USB3.0的数据速率可高达5Gb/s。在这种情况下,有很多的电容定额远低于1pF的阵列可选。
保护录像机
使用CVBS(复合视频基带信号,也称为彩色、视频、消隐和同步)或HD-SDI(高清数字分量串行接口)等模拟视频协议的摄像头,尤其是安装在室外的摄像头,需要足够稳健的保护以抵御雷击浪涌瞬变。SIDACtor器件可用于标清实现;气体放电管(GDT)可以和TVS二极管阵列结合用于高清电路。
对于那些把录像机连接到外部存储器、远程接入或显示器的端口,其数据速率会很高。在这些情况下,保护器件必须有一个足够低的电容值,以至于不会干扰各端口的信号完整性。
代表性的端口包括HDMI、eSATA、USB以及以太网。
在接下来的部分将更深入地介绍包括以太网供电(PoE)在内的以太网应用。
以太网保护
以太网电路的保护需要更精致的处理,因为其实现(室内对室外)将决定保护器件所需的稳健性的水平。需要回答的基本问题是,究竟用户是唯一的威胁(考虑ESD),还是端口也会受到雷击瞬变的影响。对于以太网端口连接到本地路



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