過去
，監控係統常常需要進行專業安裝，並且會用到特殊電纜和分立式電源。而如今，IP監控係統非常容易安裝並且適應性好，能夠通過常用的CAT5(5類)電纜或者Wi-Fi網絡連接到既有的以太網(Ethernet)基礎設施中。此外，通過把現有的IP攝像頭連入DVR(數字硬盤錄像機)或者雲存儲服務就可以組成一套完整的係統，進而還可以通過任何智能手機或者其他便攜式設備進行現場遠程監控。

以太網供電(PoE)在使用和送電能力方麵也取得了長足進步，這使得僅通過單根電纜實現攝像頭的供電和連接成為了可能
，同時也降低了安裝成本。

安裝在室內外的攝像頭不僅可用來保護公共場所(比如公寓和辦公樓、工廠、學校校園以及個人住宅)的安全，還可以用來監控交通狀況。在所有這些情況下，電纜連接和斷開的過程中都會遭受靜電放電(ESD)和電纜放電事件(CDE)的威脅。易損壞的電路包括按鈕和開關、存儲器插槽以及視頻輸出端口。對於安裝在室外的攝像頭而言，視頻(CVBS或SDI)和數據(以太網、USB)端口還會遭受劇烈且重複的雷擊瞬變現象。

同樣，錄像硬件(數字硬盤錄像機/個人錄像機)也將會暴露在ESD和雷擊浪湧的威脅下。當錄像設備連接到視頻和數據端口時
，就會引入ESD。在雷雨天氣裏，瞬變可引入電源(AC/DC)電路和以太網/視頻端口中(如果連接到安裝在室外的攝像頭上)。

suoyouzhexiewentiduiyingjianshejishihezhizaoshangdoushiyigebuduanzengjiadetiaozhan。suizhegezhongshebeigongnengdezengjia
，xinpianzudefuzadujilingminduyezaizengjia。tongshi，shejishihaiyaomianlinjiangdichengbendeyali。

許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)

，在(zai)早(zao)期(qi)的(de)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，很(hen)少(shao)有(you)製(zhi)造(zao)商(shang)會(hui)考(kao)慮(lv)瞬(shun)態(tai)保(bao)護(hu)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)很(hen)容(rong)易(yi)失(shi)效(xiao)
，進(jin)而(er)產(chan)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)維(wei)修(xiu)費(fei)用(yong)和(he)處(chu)理(li)問(wen)題(ti)
，使(shi)其(qi)品(pin)牌(pai)信(xin)譽(yu)受(shou)損(sun)。保(bao)護(hu)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)把(ba)瞬(shun)變(bian)能(neng)量(liang)降(jiang)低(di)到(dao)安(an)全(quan)範(fan)圍(wei)以(yi)內(nei)，以(yi)確(que)保(bao)應(ying)用(yong)性(xing)能(neng)可(ke)靠(kao)並(bing)且(qie)使(shi)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)不(bu)受(shou)幹(gan)擾(rao)。例(li)如(ru)

，其(qi)決(jue)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)額(e)外(wai)電(dian)容(rong)或(huo)者(zhe)其(qi)他(ta)非(fei)線(xian)性(xing)效(xiao)應(ying)使(shi)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)降(jiang)低(di)。

本文將討論安防監控係統各單元所麵臨的威脅以及防止這些威脅的方法。

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保護攝像頭

靜電放電(ESD)以及其他瞬變和浪湧可能進入攝像頭的直流輸入端口中(如果使用的是分立式電源)。解決方法是在攝像頭直流輸入端口盡可能近的地方連接一個通用瞬態電壓抑製(TVS)二極管。針對5V～6V的關斷電壓通常定額選配一個30pF/30kV的單向或雙向器件。二極管的選取應遵循以下原則：額定電壓比直流電路的額定電壓高15%以上，並且把適用的地方標準和預期的溫度範圍考慮在內。

多媒體卡(MMC)或者智能卡端口界麵是ESD進入係統的一道入口。用戶或安裝者會積累靜電荷
，當MMC卡或SD存儲卡插入時
，靜電荷會發生轉移。這裏推薦用具有5V～5.5V關斷電壓的8pF～30pF/15kV單向TVS陣列進行保護。因為該端口的傳輸速度較低，所以可選擇高達30pF的電容值進行保護。既可以選擇分立式二極管，也可以選擇二極管陣列—可減少器件數或者節省電路板空間。

ESD也可能通過攝像頭的鍵盤和控製按鈕進入係統中。這些電路可以通過一個具有5V～6V關斷電壓的8pF～30pF/15kV～30kV雙向或單向TVS陣列進行保護。因為這些電路是簡單的直流電路
，所以保護器件的電容無關緊要，並且其選擇很大程度上是基於外形尺寸的(分立式對陣列，或者封裝外形)。

如果攝像頭包含USB端口
，那麼數據線應該用低電容解決方案進行保護，因為USB2.0的數據速率可高達480Mb/s
，USB3.0的數據速率可高達5Gb/s。在這種情況下，有很多的電容定額遠低於1pF的陣列可選。

保護錄像機

使用CVBS(複合視頻基帶信號
，也稱為彩色
、視頻、消隱和同步)或HD-SDI(高清數字分量串行接口)等模擬視頻協議的攝像頭，尤其是安裝在室外的攝像頭，需要足夠穩健的保護以抵禦雷擊浪湧瞬變。如圖1所示，SIDACtor器件可用於標清實現；如圖2所示
，氣體放電管(GDT)可以和TVS二極管陣列結合用於高清電路。


對於那些把錄像機連接到外部存儲器、遠yuan程cheng接jie入ru或huo顯xian示shi器qi的de端duan口kou，其qi數shu據ju速su率lv會hui很hen高gao。在zai這zhe些xie情qing況kuang下xia，保bao護hu器qi件jian必bi須xu有you一yi個ge足zu夠gou低di的de電dian容rong值zhi，以yi至zhi於yu不bu會hui幹gan擾rao各ge端duan口kou的de信xin號hao完wan整zheng性xing。

代表性的端口包括HDMI
、eSATA、USB以及以太網。

在接下來的部分將更深入地介紹包括以太網供電(PoE)在內的以太網應用。

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以太網保護

以太網電路的保護需要更精致的處理，因為其實現(室內對室外)將決定保護器件所需的穩健性的水平。需要回答的基本問題是，究竟用戶是唯一的威脅(考慮ESD)，還hai是shi端duan口kou也ye會hui受shou到dao雷lei擊ji瞬shun變bian的de影ying響xiang。對dui於yu以yi太tai網wang端duan口kou連lian接jie到dao本ben地di路lu由you器qi或huo室shi內nei攝she像xiang機ji的de安an裝zhuang來lai說shuo，幾ji乎hu不bu會hui有you雷lei電dian耦ou合he到dao電dian路lu的de情qing況kuang發fa生sheng，因yin此ciESD將會是唯一威脅。在這種情況下，保護器件的電容值應在4pF左右或更低
，因為數據速率大於100Mb/s。

對於那些具有長電纜(100m)的、以太網硬件與電氣硬件和電路相混合的安裝(設備箱)，可以應用GR-1089之類的標準。在這些情況下
，建築物內規範最為重要，它包括對諸如100Base-T的2對接口使用高達100A峰值脈衝電流(對於2/10μs波形)以及對諸如1000Base-T的4對係統的每根電線使用36.4A的峰值脈衝電流(1.2/50μs和8/20μs波形)浪湧的規定。對於這種情況
，保護必須更為穩健，並且可能需要用到如圖3所示的級聯方法。


如果電路包括一個能夠承受和限製雷擊瞬態的變壓器，則可能隻使用如圖4所示的物理層側的保護。


對於攝像頭在戶外的以太網安裝來說
，直接耦合雷擊瞬變的可能性非常高。涵蓋這一情況的一個標準就是GR1089建築物間規範。在這種情況下，雷擊浪湧定義為具有500A的峰值脈衝電流(對於2/10μs波形)。由於能量極高，需要基於SIDACtor的解決方案來進行線路側保護。對於變壓器的物理層側來說
，安裝二極管陣列可以“肅清”通過線路側保護所允許通過的任何能量。這種級聯保護方案的一個例子如圖5所示。

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以太網供電

如前所述，許多監控攝像頭係統能夠簡易安裝的關鍵之處就是以太網供電(PoE)。正如預期的 那樣
，這在保護方案裏將增加另一個考慮方麵—在僅有數據的標準以太網電路中並不存在。也就是說，在應用的兩端，以太網線路將連接一個電源。一側是提供電能 的供電設備(PSE)，另一側是使用電能的受電設備(PD)
，例如IP攝像頭。

除保護數據線外還要保護電源(PSE或PD)。換句話說，即根據安裝類型(隻有ESD或浪湧+ESD)保護數據線，同時根據其特有的需要添加電源保護。此外，還需考慮如何實現供電(模式A或模式B)。

模 式A和模式B實現指的是如何將電源加載到以太網電路或從中移除。對於100Base-T以太網
，隻使用了可用線對中的兩對。另外兩對是備用的，未被使用。 對於模式APoE，電源將在備用線對上實現。在模式B安裝中，電源將在數據線對上實現。最後，應當注意，直流電源信號(高達57Vdc)的方向未指定。它可以被插入到任何一極中。

最 常見的電源保護方案是橫跨輸入和電源使用一個雙向TVS二極管。選用雙向二極管，是為了無論極性如何，都能避開線路電壓。圖6說明了對於必須與電源模式A 和B都兼容的受電設備，TVS二極管將如何放置在電路中
，因為PSE控製了具體的實現。PD需要同時兼容這兩種模式。對於那些必須符合UL 60950-1等安全標準的應用，該解決方案還提供了過流保護器件。對於更穩健的保護解決方案，可以用SMB
、SMC、SMD版本替代SMAJ58CA。


在 建築物間有可能產生浪湧的安裝中，可能需要一個更為穩健的解決方案。因為這些浪湧的能量會超過大多數單個標準TVS二極管的能力
，應當考慮使用諸如 Littelfuse SIDACtor係列的高速晶閘管器件。圖7所示的SIDACtor晶閘管器件提供了雙向保護，並將同時為模式A和模式B提供保護。該解決方案也適用於 PoE+(IEEE 802.3at)。


雙向晶閘管浪湧保護器件可以保護PoE PD或PSE免受雷擊浪湧的影響。在這種情況下

，SEP器件的引腳2和7在PCB上必須連接在一起。

更快的計算速度
、以太網供電以及不斷降低的設備和安裝成本，使得幾乎在任何地方安裝先進的監控係統成為可能。

為 了確保安防係統元器件和網絡功能在整個安裝壽命期內都可靠
，應當把瞬態保護(ESD和浪湧)考慮進去。在大多數情況下
，僅需要基本的ESD保護即可，而暴 luzaikaifangshiwaihuanjingdeshebeihuodianlanhaiyinggaifangfanleijilangyongdeweixie。dianyuandianluyehuishoudaoshuntaidianyashijiandeyingxiangerxuyaobaohu。duiyusuoyouzhexieqingkuang
，youdaliangdejiejuefangancunzai，zhejiang 使電路板設計人員在設計時更具靈活性。

本文作者: Jim Colby Chad Marak Phillip Havens Littelfuse(力特)公司
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