導(dǎo)語(yǔ)：可視門鈴低功耗電路設(shè)計(jì)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著安防產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)視頻監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用方式提出了更多要求與挑戰(zhàn)，低功耗的電池可視門鈴設(shè)備便是其中的代表。之前的電池可視門鈴由于電源架構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致待機(jī)時(shí)間不足，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)以及產(chǎn)品推廣。本文提出了一種全新的電池可視門鈴電源架構(gòu)，大幅度的降低了系統(tǒng)功耗，提高了電池的放電效率，進(jìn)而對(duì)設(shè)備整體的待機(jī)時(shí)間有了很大的優(yōu)化。

1引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安裝靈活性要求也在不斷提高，在這種背景下，市場(chǎng)對(duì)低功耗監(jiān)控設(shè)備的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，電池可視門鈴便是其中需求較大的一種（秦海濤，一種電池供電的低功耗無(wú)人自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：測(cè)控技術(shù)，2015）。電池可視門鈴目前最大的難點(diǎn)在于如何提高設(shè)備的待機(jī)時(shí)間，本文以此為切入點(diǎn)，提出了一種全新的電源設(shè)計(jì)架構(gòu)，可以大幅度的提高電池可視門鈴的待機(jī)時(shí)間。

2監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)述

電池可視門鈴的產(chǎn)品形態(tài)目前有兩種，一種是門鈴+路由器（李源，電池供電低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的設(shè)計(jì)：集成電路應(yīng)用，2019），另一種是門鈴+中繼器+路由器。為了更好的控制可視門鈴休眠時(shí)的功耗以及減少路由器產(chǎn)生的兼容性問(wèn)題，本產(chǎn)品采用門鈴+中繼器+路由器形態(tài)。當(dāng)門鈴收到喚醒命令后，門鈴將采集到的視頻信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給中繼器，中繼器通過(guò)有線或無(wú)線方式連接到路由器，路由器經(jīng)由有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將視頻信息傳輸?shù)皆破脚_(tái)進(jìn)行人臉識(shí)別等處理后，用戶可以通過(guò)手機(jī)APP查詢相關(guān)視頻監(jiān)控信息。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

3硬件系統(tǒng)

按照工作狀態(tài)劃分，可視門鈴的硬件系統(tǒng)可分為兩個(gè)區(qū)域：常供電區(qū)域與休眠關(guān)機(jī)區(qū)域。常供電區(qū)域是指在休眠與工作狀態(tài)下均供電的區(qū)域，休眠關(guān)機(jī)區(qū)域是指只有在工作狀態(tài)下才供電的區(qū)域。具體硬件設(shè)計(jì)原理參見(jiàn)圖2。由圖2可知，在休眠狀態(tài)下，只有常供電區(qū)域進(jìn)行供電，CPU，圖像傳感器以及其他外設(shè)電路的供電由PMU斷開。與此同時(shí)，MCU與WIFI分別進(jìn)入休眠狀態(tài)。在工作狀態(tài)下，MCU和WIFI將由休眠模式進(jìn)入正常工作模式，同時(shí)，MCU將打開PMU的供電——CPU、圖像傳感器以及相應(yīng)外設(shè)將被供電。工作狀態(tài)主要分為三種，分別為PIR喚醒后的工作狀態(tài)、按鍵喚醒后的工作狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)喚醒后的工作狀態(tài)。這三種狀態(tài)下的工作功耗會(huì)略有不同。上述硬件系統(tǒng)中，門鈴的CPU主要完成音視頻采集、編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、錄像等功能，MCU主要完成設(shè)備待機(jī)時(shí)的PIR、按鍵、網(wǎng)絡(luò)喚醒等功能。在選用CPU時(shí)需關(guān)注CPU的工作穩(wěn)定性以及工作時(shí)的功耗。在選用MCU時(shí)需注意MCU的工作功耗與休眠功耗，休眠功耗尤為重要。

4電源設(shè)計(jì)

門鈴的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)常供電區(qū)域與休眠關(guān)機(jī)區(qū)域的特點(diǎn)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.1常供電區(qū)域。常供電區(qū)域的設(shè)計(jì)需要特別注意常供電區(qū)域DCDC電源芯片的選型。因?yàn)槌９╇妳^(qū)域大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)下，此時(shí)DCDC的供電負(fù)載非常小，所以在選型時(shí)需要特別注意DCDC電源芯片在輕載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，常供電區(qū)域DCDC應(yīng)用的是TI公司的輕載高效DCDC電源芯片TLV62568。在輸出電流為1mA，輸入電壓為5V，輸出電壓為3.3V時(shí)，效率估計(jì)在87%左右。同時(shí)，為了更直觀的體現(xiàn)該芯片的輕載高效特性，特別對(duì)比了其他幾款常用DCDC芯片的輕載效率，對(duì)比結(jié)果如下。4.2休眠斷電區(qū)域。為了能夠最大程度的提高鋰電池的放電效率，休眠關(guān)機(jī)區(qū)域的電源設(shè)計(jì)了升壓電路，同時(shí)采用了最低壓降（100%占空比）的PMU，具體電源設(shè)計(jì)如圖3所示。使用升壓電路方案時(shí)，還需注意以下相關(guān)事項(xiàng)：(1)在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，為最大限度的優(yōu)化系統(tǒng)功耗與待機(jī)時(shí)間，在系統(tǒng)運(yùn)行在工作模式下且電池電壓低于3.3V時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)啟動(dòng)升壓功能。(2)在系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)時(shí)，MCU通過(guò)IO口關(guān)掉G2224升壓芯片，當(dāng)插入適配器時(shí)，PMU默認(rèn)為電池進(jìn)行充電。(3)在升壓芯片工作時(shí)，MCU需要通過(guò)I2C總線關(guān)掉PMU的充電功能，當(dāng)插入適配器時(shí)，PMU通過(guò)中斷通知MCU，MCU檢測(cè)到適配器插入后，打開PMU的充電功能，由適配器對(duì)電池進(jìn)行充電。具體的控制流程如圖4所示。采用升壓方案能夠有效的提高鋰電池的放電效率，以NCR18650B為例，放電效率可由76%提高到95%以上。PMU的選型除了關(guān)注占空比，還需要關(guān)注PMU的漏電流、PMU各路DCDC電源的轉(zhuǎn)換效率、啟動(dòng)與關(guān)閉時(shí)間、電量檢測(cè)功能等因素，這些因素都會(huì)對(duì)整機(jī)的休眠或工作功耗有影響。除了電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，為降低系統(tǒng)功耗，還需要注意如下設(shè)計(jì)事項(xiàng)：(1)門鈴?fù)庠O(shè)的選型，盡量選擇功耗低的器件；(2)能夠不放置在常供電區(qū)域的外設(shè)盡量不要放置到常供電區(qū)域；(3)系統(tǒng)不能存在漏電行為。

5結(jié)論

根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)，電池可視門鈴在采用上述的電源系統(tǒng)后，純待機(jī)時(shí)間可由165天增加到290天，在白天和夜晚均工作100秒的情況下，待機(jī)時(shí)長(zhǎng)可由95天增加到245天。綜上所述，這種全新的供電系統(tǒng)有效的優(yōu)化了電池可視門鈴的待機(jī)時(shí)間，使門鈴產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了巨大提高，同時(shí)，也對(duì)低功耗電池安防設(shè)備的推廣提供了強(qiáng)有力的支持。

作者:關(guān)志華 單位:安凱（廣州）微電子技術(shù)有限公司