스마트 홈 잠금 장치 및 액세스 제어를 위한 지능형 회로 보호 및 감지 설계

스마트폰, 네트워킹, 사물인터넷(IoT) 기술의 결합으로 스마트 홈과 첨단 빌딩 자동화의 발전이 가능해졌습니다. 이러한 기술은 향상된 자동화, 제어 및 보안을 제공하여 주택 소유자 또는 사무실 거주자에게 향상된 편의성과 더 큰 안전성에 대한 편안한 느낌을 제공합니다. 집주인이나 사무실 거주자가 어디에 있든 도어 잠금 장치와 창문 및 문의 상태를 볼 수 있습니다.

스마트 잠금 장치, 창문 및 문 감지 장치와 같은 주택 및 건물 보안 제품을 설계하는 엔지니어는 해당 장치가 고객에게 잘못된 보안 감각을 조성하지 않도록 해야 합니다. 설계자는 해당 안전 표준을 준수하고 안전하고 견고하며 신뢰할 수 있는 제품을 보장하는 데 필요한 보호 및 감지 구성 요소를 이해해야 합니다.

스마트 잠금장치 시장만 해도 고성장 시장이며 혁신을 위한 기회가 많습니다. 스마트 잠금 장치의 전 세계 성장은 연평균 복합 성장률(CAGR) 25%를 기록할 것으로 예상되며, 단위 성장률은 2019년 약 700만 개에서 2024년 약 2,300만 개로 확대될 것입니다1. 주거용 시장이 성장의 대부분을 차지할 것입니다. , 약 70%가 됩니다.

스마트 잠금 장치와 마찬가지로 개인 보안에 대한 인식이 높아지면서 특히 개발도상국에서 창문 및 문 센서의 글로벌 성장이 촉진될 것입니다. 출하량은 2019년 약 3억 개에서 2024년 2년 약 4억 6,500만 개로 증가할 것으로 예상됩니다. 이 성장은 CAGR 약 9%입니다. 스마트 홈 보안 제품 시장은 건강하고 매력적인 시장입니다.

스마트 잠금 장치는 수동 액세스를 위한 키패드, 소프트웨어 애플리케이션을 통한 스마트폰 액세스를 위한 무선 프로토콜 링크, 도어 핸들 위치를 모니터링하는 센서, 도어를 잠그거나 잠금 해제하는 액추에이터, 회피 노력을 감지하는 감지로 구성됩니다. 자물쇠. 그림 1은 안정적인 작동을 보장하기 위해 제안된 보호 및 감지 구성 요소가 포함된 스마트 도어 잠금 장치의 예를 보여줍니다. 그림 2는 스마트 잠금 장치의 상세한 블록 다이어그램을 제공합니다. 다이어그램은 제안된 보호 및 감지 구성 요소에 대한 권장 배치를 보여줍니다.

정전기 방전(ESD)은 스마트 잠금 장치 전자 장치의 주요 위험입니다. 사용자 인터페이스와 무선 인터페이스 모두 사용자의 ESD에 취약합니다.

사용자 인터페이스에는 사전 프로그래밍된 액세스 코드를 입력하기 위해 접촉하는 키패드가 포함되어 있습니다. 특히 건조한 환경에서는 개인이 ESD의 원인이 됩니다. 설계자는 민감한 전자 장치의 손상을 방지하기 위해 사용자 인터페이스 회로 블록을 ESD로부터 보호해야 합니다.

ESD 보호를 위해 설계자는 TVS(과도 전압 억제기) 다이오드 또는 다이오드 어레이를 고려해야 합니다. TVS 다이오드는 실리콘 애벌랜치 기술로 제작된 제너 다이오드이며 ±15kV의 ESD 전압의 최소 보호 수준을 제공할 수 있습니다. TVS 다이오드 어레이에는 6개의 제너 다이오드가 내장되어 5개의 신호 라인을 보호하고 접지 기준을 제공할 수 있습니다. 그림 3을 참조하십시오. 어레이의 장점은 0402 표면 실장 패키지의 공간 절약형 부품 하나로 최대 5개의 라인을 보호할 수 있다는 것입니다.

회로 블록에 미치는 영향은 최소화됩니다. TVS 다이오드 어레이의 누설 전류는 1μA에 불과합니다. 더 높은 수준의 ESD 보호가 필요한 경우 개별 다이오드가 각 신호 라인에 대해 ESD 보호를 제공할 수 있습니다. 그림 4에 표시된 단일 TVS 다이오드는 ±30kV까지 견딜 수 있습니다. 어떤 구성을 사용하든 TVS 다이오드를 회로 입력에 최대한 가깝게 배치하여 ESD 과도 현상이 회로에 침투하는 것을 방지합니다.

무선 인터페이스는 셀룰러 네트워크나 무선 LAN, WiFi 네트워크에 연결되어 스마트폰이나 다른 네트워크 장치와 통신합니다. 무선 인터페이스는 외부 환경에 노출되므로 ESD 보호 기능이 있어야 합니다. 권장되는 구성 요소는 폴리머 ESD 억제 장치입니다.

폴리머 ESD 억제기의 가치는 무선 인터페이스 출력의 특성 임피던스에 미미한 영향을 미치면서 ESD 과도 현상에 응답하고 흡수하는 능력입니다. 폴리머 ESD 억제기는 ±8kV 직접 접촉 ESD 및 ±15kV 공습을 견딜 수 있습니다. 구성 요소의 일반적인 정전 용량은 0.06pF로 낮습니다. 과도 현상에 대한 응답 시간은 1ns 미만으로 매우 빠릅니다. 가능한 한 입력 안테나 커넥터에 가깝게 배치해야 합니다. 그림 5는 폴리머 ESD 억제기, 양방향 부품의 두 가지 구성을 보여줍니다.