機(jī)械開關(guān)和反跳電路中的開關(guān)反彈

問：機(jī)械開關(guān)和反跳電路中的開關(guān)反彈

有時，你可能使用觸摸開關(guān)或機(jī)械開關(guān)構(gòu)建了一個快速響應(yīng)電路，卻不明白為什么該電路不能正常工作。這可能是由于觸點回跳(也稱為顫動)引起的。

開關(guān)觸點的工作原理

我們似乎可以直觀地認(rèn)為用于連接的開關(guān)是快速、直接且牢固的。但實際情況卻略有不同。

圖1：開關(guān)信號的理想狀態(tài)

圖2：開關(guān)信號的實際狀態(tài)

實際上，導(dǎo)電點之間的開關(guān)觸點是通過可移動的機(jī)械元件來建立或分離的。由于開關(guān)觸點表面的老化、操作慣性、機(jī)械設(shè)計和微觀條件等因素的影響，一般的開關(guān)在打開或關(guān)閉連接所需的幾十毫秒內(nèi)會發(fā)生多次轉(zhuǎn)換。這種行為通常被稱為“開關(guān)反彈”，是實際使用中無法避免的。 機(jī)械開關(guān)有時會在規(guī)格書中列出其反彈時間信息，如 Würth Elektronik的WS-TASV系列J-Bend SMT觸摸開關(guān)4.7x3.5mm所示。

反跳電路的設(shè)計

下面我們來分享一個簡單的反跳電路，可使用一些常見的分立元件制作低通濾波器，從而消除這種多余的信號。

增加濾波器

簡單的RC濾波器是制作低通濾波器最經(jīng)濟(jì)、最簡單的方法之一。當(dāng)開關(guān)斷開時，電容通過R1+R2充電，使電壓緩慢上升。當(dāng)開關(guān)閉合時，電容通過R2以可控速率放電。

如果合理、適當(dāng)?shù)剡x擇濾波器元件，則可在平穩(wěn)轉(zhuǎn)換的充放電過程中吸收開關(guān)反彈。要計算電容和電阻的值，你可以使用以下適用于上述電路的時間常數(shù)公式：

τ = (R1 + R2) ? C1

τ：時間常數(shù)(以s為單位)

R：電阻值(以?為單位)

C：電容值(以F為單位)

時間常數(shù)是去開關(guān)顫動所需時間和電路響應(yīng)時間之間的平衡。在一個時間常數(shù)內(nèi)，電壓將上升到其最終值的63%或下降到其最終值的37%。在兩種情況下，電壓會在五個時間常數(shù)后達(dá)到99%。

例如：

反彈時間：規(guī)格指定為10ms

選擇R1來限制電流，可以采用1 k?的經(jīng)典值

R2：選擇兩個標(biāo)準(zhǔn)值來去顫動：10 k?和47 k?

電源電壓為5 VDC

因此，通過計算得出兩個電容值：C1= τ / (R1+R2) 然后得出此電路的兩個值范圍：

解決方案1：R1 = 1 k?，R2 = 10 k?，C1 = 1 μF

解決方案2：R1 = 1 k?，R2 = 47 k?，C1 = 220 nF

添加二極管

在R2的兩端分別添加一個D1二極管，可以分別控制充電時間和放電時間。這樣一來，使用R1和D1可為電容充電提供更快的轉(zhuǎn)換時間，而僅使用R2則可為電容提供不同的放電時間，因為在這種情況下二極管處于阻塞狀態(tài)。

添加緩沖器

如果應(yīng)用不能支持未定義的值(例如0.8V和2.5V)，則可能需要使用具有滯后作用的施密特觸發(fā)器緩沖器。下圖顯示了具有不同導(dǎo)通和關(guān)斷時間以及附加滯后的電路。電路的響應(yīng)時間可能需要與單片機(jī)的采樣時間相協(xié)調(diào)。

瞬態(tài)保護(hù)

如果開關(guān)位于較遠(yuǎn)處或較長線路的末端，可能需要對過電壓、ESD或其他瞬態(tài)進(jìn)行保護(hù)。這與輸入電路前端的鐵氧體磁珠和TVS二極管一樣簡單。

原文標(biāo)題：想讓開關(guān)反應(yīng)快，反跳電路少不了!如何設(shè)計，往這瞧

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審核編輯：湯梓紅