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开关去抖电路 开关去抖电路开关去抖电路 开关去抖电路开关去抖电路 Maxim 公司北京办事处 乔宗标 引言： 由于开关极其微小的触点面积、机械式设计、产品老化等原因，使开关在实际应 用中不可能象数字系统所期望的那样产生干净的数字信号输出，而是在开关闭合或断 开 的 过 程 中 出 现 许 多 毫 秒 级 的 状 态 变 化 ， 这 种 现 象 通 常 称 之 为 开 关 的 “ 抖 动 （bounce ）”，它是系统设计中客观存在不可回避的问题。如果将一个标准的开关接 入到数字计数器中，开关的一次闭合或断开的操作将会产生多个计数值，而错误的计 数将会导致系统的错误控制。图一为用示波器跟踪不同类型的开关所得到的波形，可 以帮助我们对抖动现象有一个直观的了解。 图一（a ），一个小的按钮开关在闭合时的有抖动现象，水平轴 2ms/Div 。抖动间隙大 约为 10ms，在到达稳定状态前一共有 6 次变化，频率随时间升高。 图一（b ），一个 5-A 型继电器在闭合时的抖动现象，水平轴 2ms/Div 。抖动间隙大 约为 8ms，在到达稳定状态前一共有 13 次变化。注意在开始和结束时，几个小的脉 冲后伴随较高的频率。 开关的抖动现象并无规律， 既使是同一开关在使用过程中其抖动输出也是不同 的，测试过程中偶尔也会发现某些开关不发生抖动。比如所测试的某些薄膜开关就没 有抖动现象，但这并不说明其它的这种开关也不会出现抖动现象，或者说当这些开关 机械疲劳时依然不会发生抖动。 除了抖动之外，开关和数字系统还存在其它一些有待解决的问题，当用电缆连接 一个运行在充满噪声的工业环境中的开关时，根据 定义 一个断开的开关将处于高 阻 态，干扰信号很容易被加载 。任何脉冲噪声通过容性或感性方式耦合到连接线上 ，都 可能导致开关闭合。例 如 ：用一个可编程逻辑控制器（ PLC ） 通过一个大继电器控 制电机，靠近 电机安装一个 限制开关，并与 PLC 的数字输入端连接，为 PLC 提供位 置反馈 。当 PLC 控制电机启动时，一个浪涌 电流流 出继电器和电机。这个电流可能 引起地线抖动或通过电容耦合到数字输入端产生一个尖峰脉冲，如果 PLC 设计不恰 当，会把这个尖峰 当作是开关的闭合信号导致关闭操作。当 PLC 关断负载 时，由于 继电器、电机以及连线 电感/ 电容 的感应同样会导致类似情况发生，造成 PLC 在数字 输入端 的错误读取 。另外，在工业、办公和家庭环境中，数字式开关输入还常常遇 到 过压 、电压瞬变和 ESD 冲击 ，同样有可能引起错误的操作，譬如 CPU 复位 ，看门 1/4 开关去抖电路 狗溢 出等。 针对以上 问题，系统设计者们提 出了各种 防御措施 。MAXIM 最近推 出的 MAX6816 系列产品能够 为上述接 口问题提供无差错、无需软件参与 的去抖动及 ESD 和过压保 护功 能。 传统的开关去抖方案 1、开关抖动 消 除开关抖动的传 统方法 是采 用 软件 ，但这种方案具 有较大的时间 延迟 ，耗费 CPU 的工作时间，特别 是在多路 开关的应用中，将 占有较大的 RAM 空 间、而且需 要很长 的代码去 实现。 另外用电 阻和电容来解决开关去抖也是可能的，然而为了有效地解决这个问题， 电路 中将需要多个元器件 ，将它用于多路输入的场合显然是不明智 的。 2、瞬变和 ESD 抑制 标准的解决方案是在每个外部输入端安装瞬态抑制器或者