安防产品的小型化、集成化趋势

       2007年第11届中国国际公共安全产品博览会（CPSE）已经成为中国国内安防领域最具代表性、最大规模的博览会。今年的博览会又一次引起全国以及全球业界的广泛关注。在4天的展览会里，你可以充分感受到安防电子技术日新月异的变化，特别是Ti德州仪器、Techwell特威、NXP恩智浦、Hisilicon海思等半导体厂商不断推出新的技术和产品，推动着整机产品的不断向小型化、多功能、高可靠性方向发展。同时，这几家领头企业的产业发展计划也相当受人关注。在经历了今年的网络化和智能化两大行业趋势后，这两个目标在今年都得以进展，2008年呢？又会是什么？
 
       两年前，当人们还沉醉在一芯支持一路的DVR时，或许连一芯四路、一芯8路、一芯16路想都不敢想，但是自从IT行业的双核处理器出现后，似乎任何行业什么都有可能会发生，一切都在沉默中演变，没有人想到小型化来得如此之快。今年以来，在安防产品的上游元器件方面，SoC架构DSP芯片几乎占据了目前所有高端机型，如今年最火爆的海思Hi3510在一寸见方的面积内集成了多通路的端口，甚至是WiFi; 而Techwell也借助同样高集成度的6802以高歌猛进的势态成为今年芯片品牌占有率上升最快的明星。小型化，可以说完全服从了市场调节的需要，由于元器件内部电路空间的压缩换来了超轻、超薄，同时也要求元器件整体封装工艺、设计技术的改革。
 
       小型篇
 
       近两年，随着科学技术的演进，影响了安防领域的各种电子设备，其产品的设计理念都对外形的小型化、轻薄化设计有着相当的变化。在本届安博会上，记者看到了小到了2枚硬币般的网络摄像机（深圳忆志）、巴掌大的DVR主机（珠海石头）以及名片大小的光端机（武汉宇恒）等等，诚然，这些产品相对于传统产品得到了更多意想不到的收获。
 
       “终端产品的不断小型化，促使元器件不断向小型化、片式化方向发展，也可以说市场的需求，使安防产品不断推出新的产品和技术。”业内人士普遍表示，追溯源头，这些产品小型化的先驱是基于电子行业的发展而迅速跟进，例如肖特基二极管、齐纳二极管等系列产品，其所能达到的最小封装尺寸，前两年一直止步于1006封装尺寸（1.0mm×0.6mm），现在出现了全新的0603封装尺寸，并配合超精密加工技术，既保留了过去同类产品的电气特性，同时也使超小型、超薄型设计成为可能。这种封装，与过去1006封装尺寸的产品相比，面积仅有60%-70%，厚度也则减小了20%。另外，作为重要特性的封装功率，具有与1406/1006尺寸同样的100mW。这种封装尺寸可应用于一体机等追求产品小型化和轻薄化的装置中，从而节省空间，实现高度密集的设计。
 
       未来的高集成度和人性化空间将使人与人、人与物自由地联系在一起。记者在展会后走访了亚洲最大的元器件集散地——深圳华强北电子世界，在这里充分感受到了小型化、微型化这一元器件的发展趋势。如应用于监视器的超小型弹性波滤波器，规格仅为0.8mm×0.6mm×0.365mm，与传统表面波滤波器产品相比，大幅度实现了小型化，面积约减少了69%，作为表面波滤波器的下一代滤波器，这一产品将贡献于监视器的进一步小（薄）型化和平板化。表面贴装的热释电体型红外线传感器也前景看好，这种表面贴装型的热释电体型红外线传感器所生产的电容式红外感应按键具有更高的操控精度，现在已有可视对讲厂商开始使用（深圳麦驰），继而有望向嵌入式DVR、键盘控制器等各种市场推广。表面贴装化使得形状与传统产品相比，更小型化了，体积为30%，高度也矮化了，约矮了40%。从而减少了成本。
 
       在这里，有必要具体说一说钽电容的应用现状。目前已有越来越多的安防产品放弃粗重的传统电解电容而使用小巧的钽电容，钽电容特性比较接近电解电容，钽电容功能是滤波，主要用以改善画质，是铝电解电容器后的一种电解电容器，以金属钽为电极，其表面的氧化钽层为电容介质，这种电容器漏电电流很小，体积小，是一种很可靠的大电容的电容器。同时，钽电容是一种高可靠性的电容器，它的工作原理是: 用钽粉压制成型，经过烧结后作为电容器的阳极，后经过化学方法在其表面生成氧化膜作为介质，而在表面生成二氧化锰作为阴极。它具有以下的特点: 1、等效串联电阻小（ESR）; 2、损耗角正切小; 3、漏电流小; 4、体积小容易集成化; 5、引出方式多（有单向引出，轴向引出和贴片电容器）; 6、容量大体积小。它可以用于滤波、旁路等等。
 
       钽电容的特点是寿命长、耐高温、准确度高、滤高频改波性能极好，不过价格也比铝电容贵。它被应用于大容量滤波的地方，像CPU、DSP插槽附近就可以看到钽电容的身影，多同陶瓷电容，电解电容配合使用或是应用于电压、电流不大的地方。其次，DVR、DVS、摄像机、监视器、可视对讲、门禁、巡更等产品所用的电路板越来越小型化，电容、电阻、IC、二极管、三极管也更加小型、大电流化。例如MPT6封装的（4540规格尺寸: 4.5mm×4.0 mm×1.0mm）中，相比原来SOP8封装的5.0 mm×6.0 mm×1.75mm同样高的封装功率（2.0W），而MPT6与SOP8相比，安装面积减少了约40%，高度变成1.0mm也减小约40%，从而使机器中使用的电可以更加小型化，而且线路安装设计也有了更大的灵活性。另外，如摄像机网络摄像机及GPS卫星定位终端上需要用到的窄间距连接器也“进化”为仅有0.6mm高度，该产品最适合用于要求进一步小型化和薄型化以及满足一定的移动需求产品内部的PCB基板对FPC信号的连接。
 
       复合器件严格上说可自成一体，比如LC滤波器、磁珠排、射频EMI等，实际上也可以说继承了小型化的宗旨。从发展的角度看，器件的复合化将是未来元器件发展的最有潜力的课题，也是一个热门。在关注小型化元器件的同时，再来看一看近两年高速发展的高密度PCB主板。现在PCB基板的发展趋势是高端的HDI（微盲埋孔紧凑型PCB板）方面，主要用来节省板的面积，减少贴片的电阻电容等，不过现在能够生产的厂家不是很多，产能方面也是个问题。对于HDI的连接器现在是更少了，不过有趋势要发展，否则无法把系统做到更小，另外一个就是有些芯片做成了必须要HDI PCB才能够支持，这是HDI的主要驱动力量。总体来讲关注这方面的上游厂商现在还比较少，还有很大的潜力有待挖掘。
 
       集成篇
 
       与小型化密不可分的是集成化，安防行业以它为核心是近两年一门新的实用技术，同其他的应用技术和商品一样，也遵循应用中的优胜劣汰规律。随着网络、通信、无线技术的发展，各安防厂商和系统设计者也逐渐意识到了整个安防市场所存在的问题，而正是这些客观存在的问题，促使着安防技术的进步，以及安防系统设计理念的变化。
 
       记者认为，集成化安防电子产品将是未来安防领域的发展趋势，一些或大多数产品都将被集成到整套系统中，集成化的最大优点是可以简化系统，降低整体成本。如目前最新的嵌入式DVR已经可以将网络接线盒、USB接口、蓝牙模组载入PCB基板内（波粒智能、同为视频）。这势必需要提供更复杂的体系结构和更高性能的处理器。安防系统已走向集成，它通过将音频、视频和数据汇集起来进行整合。
 
       安防监控类产品的高密度板已成大势所趋
 
       据了解，对产品集成这一强大的系统，如集成网络、WiFi等功能，在技术上并没有太大的障碍，而且其增添单一功能所增加的成本也较低。如在可视对讲室内机终端中增加USB功能用以存储小区内信息，只要附加相应芯片和闪存卡就可以了，使整个可视对讲室内机终端可以播放背景音乐等人性化主题。目前，Hisilicon海思等企业都已经推出了功能强大的集成化多端口DSP/ASIC芯片，在这些解决方案中，人性化是重要的组成部分。
 
       芯片领域的集成化延伸到安防电子产品中，其多功能多端口的特色为产品集成化加油助力。随着技术的发展，集成化安防系统的功能将日益强大，日常生活中许多成熟的网络、通信等技术都可以被移植到该系统中。从单机向系统整合转变（具体表现: 网络环境下的安防系统中，单机仅仅是一个环节）
 
       在一个相对完整的监控系统中，除了摄像机之外，还会有监视器、DVR、DVS、矩阵、编解码器、系统控制器等等，几十乃至上百个级连链路和相应的视频线电源线，如果再串联上门禁、对讲两大系统，则需要更多的路由器、网卡、层间器等等，这都是传统的RS-485无法胜任的。所有这些部件和环节，在系统中都可能会形成单路径故障点，由于这些部件和环节在可靠性模型中的串联特性，以及它们之间的相互影响，使得系统可靠性大幅降低。
 
       安防厂商和弱电系统的设计者正努力解决系统中各种设备和环节的相互匹配和可靠性问题、系统可用性和冗余配置问题、各种设备和环节连接技术的研究和规范化问题、系统的可维护性和集中管理性问题等。在这种设计理念变化的研究过程中，一些安防生产厂商、工程商、系统集成商提出了安防系统“一体化解决方案”等解决方案。系统可靠性向可用性转变（具体表现: 当质量不再是制约产品的瓶颈时，人性化和多样化优势明显）
 
       在绝大部分配置安防系统的场合，其管理部门都对安防系统的连续性提出了非常高的要求，越来越多的厂商和用户已经形成这样一个共识: 安防系统经过多年发展，在其性能指标已完全能够满足设备预期的情况下，真正能为用户带来价值的是其可用性。业内人士越来越重视系统或产品的可用性，具体关注的问题在于系统在使用过程中，可以正常使用的时间与总时间之比。实际意义上它包含了系统中设备的可靠性、可管理性和可维护性。可用性高意味着给用户更多的正常使用时间，把故障后的不可用时间降到最低限度。
 
       可用性促进了安防产品和技术的全面发展，包括设备和系统的冗余可容错技术、设备的模块化可在线热插拔维护和扩容技术、系统的集成一体化技术、智能管理技术等。系统可用性研究对提高供电系统设计的科学性和全面提高系统性能起着重要作用。从目前中国安防产业来看，真正意义上的集成化解决方案应用得还比较少。由于目前网络和通信领域的强势地位，而且相应的增值服务方案也不成熟，集成化的优势还没有体现出来。随着安防系统设计理念的变化，集成化设计理念日渐明朗。在符合市场的环境下，集成化的设计理念也将是未来安防系统与产品新的发展趋势。