スマートホームロックおよびアクセスコントロール向けのインテリジェント回路保護およびセンシング設計

スマートフォン、ネットワーキング、モノのインターネット (IoT) テクノロジーの組み合わせにより、スマート ホームと高度なビルディング オートメーションの両方の開発が可能になりました。 これらのテクノロジーは自動化、制御、セキュリティを強化し、住宅所有者やオフィスの居住者に利便性の向上と安全性の向上による快適な感覚をもたらします。 住宅所有者やオフィスの居住者はどこにいても、ドアのロックや窓やドアの状態を確認できます。

スマート ロックや窓やドアの感知デバイスなどの住宅および建物のセキュリティ製品を設計するエンジニアは、デバイスが顧客に誤った安全感を与えないようにする必要があります。 設計者は、適用される安全規格に準拠し、安全で堅牢、信頼性の高い製品を確保するために必要な保護コンポーネントとセンシングコンポーネントを理解する必要があります。

スマートロック市場だけでも高成長市場であり、イノベーションの機会に恵まれています。 スマートロックの世界的な成長は、年平均成長率（CAGR）が 25% になると予想されており、販売台数の伸びは 2019 年の約 700 万台から 2024 年には約 2,300 万台に拡大します1。 住宅市場が成長の大部分を占めることになります。 、約70パーセントになります。

スマート ロックと同様に、個人のセキュリティに対する意識の高まりにより、特に発展途上国において、窓やドアのセンサーの世界的な成長が促進されるでしょう。 出荷台数は、2019 年の約 3 億台から 2024 年には約 4 億 6,500 万台に増加すると予想されています2。この成長率は約 9% の CAGR です。 スマート ホーム セキュリティ製品の市場は健全で魅力的な市場です。

スマート ロックは、手動アクセス用のキーパッド、ソフトウェア アプリケーションを介してスマートフォンにアクセスするためのワイヤレス プロトコル リンク、ドア ハンドルの位置を監視するセンサー、ドアを施錠または解錠するアクチュエーター、および回避の試みを検出するセンシングで構成されます。ロック。 図 1 は、信頼性の高い動作を保証するために推奨される保護コンポーネントと感知コンポーネントを備えたスマート ドア ロックの例を示しています。 図 2 は、スマート ロックの詳細なブロック図を示しています。 図は、推奨される保護コンポーネントと感知コンポーネントの推奨配置を示しています。

静電気放電 (ESD) は、スマート ロック電子機器にとって最大の危険です。 ユーザー インターフェイスとワイヤレス インターフェイスは両方とも、ユーザーからの ESD の影響を受けやすくなります。

ユーザー インターフェイスには、事前にプログラムされたアクセス コードを入力するために接触するキーパッドが含まれています。 特に乾燥した環境では、個人が ESD の原因となります。 設計者は、敏感な電子機器への損傷を避けるために、ユーザー インターフェイス回路ブロックを ESD から保護する必要があります。

ESD 保護のために、設計者は過渡電圧抑制 (TVS) ダイオードまたはダイオード アレイを検討する必要があります。 TVS ダイオードはシリコン アバランシェ技術で構築されたツェナー ダイオードで、±15 kV の ESD 電圧の最小保護レベルを提供できます。 TVS ダイオード アレイには 6 つのツェナー ダイオードを収容して、5 本の信号線を保護し、接地基準を提供できます。 図 3 を参照してください。アレイの利点は、0402 表面実装パッケージ内の 1 つの省スペース コンポーネントで最大 5 つの回線を保護できることです。

回路ブロックへの影響は最小限です。 TVS ダイオード アレイのリーク電流はわずか 1 µA です。 より高いレベルの ESD 保護が必要な場合は、個別のダイオードで各信号ラインに ESD 保護を提供できます。 図 4 に示す単一の TVS ダイオードは、±30 kV まで耐えることができます。 どちらの構成を使用する場合でも、TVS ダイオードを回路の入力のできるだけ近くに配置して、ESD 過渡現象が回路に侵入するのを防ぎます。

ワイヤレス インターフェイスは、セルラー ネットワーク、ワイヤレス LAN、WiFi ネットワークにリンクし、スマートフォンや他のネットワーク デバイスと通信します。 ワイヤレス インターフェイスは外部環境にさらされているため、ESD 保護が必要です。 推奨されるコンポーネントはポリマー ESD サプレッサーです。

ポリマー ESD サプレッサーの価値は、ワイヤレス インターフェイス出力の特性インピーダンスに無視できる影響を与えながら、ESD 過渡現象に応答して吸収する能力にあります。 ポリマー ESD サプレッサーは、±8 kV の直接接触 ESD および ±15 kV の空爆に耐えることができます。 このコンポーネントの標準静電容量は 0.06 pF と低いです。 過渡現象に対する応答時間は 1 ns 未満と非常に高速です。 配置は入力アンテナ コネクタにできるだけ近づける必要があります。 図 5 は、ポリマー ESD サプレッサー、双方向コンポーネントの 2 つの構成を示しています。