本文轉載自： 得捷電子DigiKey微信公眾號

問：機械開關和反跳電路中的開關反彈

有時，你可能使用觸摸開關或機械開關構建了一個快速響應電路，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。

開關觸點的工作原理

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

圖1：開關信號的理想狀態

圖2：開關信號的實際狀態

實際上，導電點之間的開關觸點是通過可移動的機械元件來建立或分離的。由于開關觸點表面的老化、操作慣性、機械設計和微觀條件等因素的影響，一般的開關在打開或關閉連接所需的幾十毫秒內會發生多次轉換。這種行為通常被稱為“開關反彈”，是實際使用中無法避免的。

機械開關有時會在規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4.7x3.5mm所示。

反跳電路的設計

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濟、最簡單的方法之一。當開關斷開時，電容通過R1+R2充電，使電壓緩慢上升。當開關閉合時，電容通過R2以可控速率放電。

如果合理、適當地選擇濾波器元件，則可在平穩轉換的充放電過程中吸收開關反彈。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公式：

τ = (R1 + R2) ? C1

τ：時間常數（以s為單位）

R：電阻值（以?為單位）

C：電容值（以F為單位）

時間常數是去開關顫動所需時間和電路響應時間之間的平衡。在一個時間常數內，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后達到99%。

例如：
反彈時間：規格指定為10ms
選擇R1來限制電流，可以采用1 k?的經典值
R2：選擇兩個標準值來去顫動：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。

添加緩沖器

如果應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器緩沖器。下圖顯示了具有不同導通和關斷時間以及附加滯后的電路。電路的響應時間可能需要與單片機的采樣時間相協調。

瞬態保護

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

審核編輯 黃宇