本發(fā)明涉及一種脈沖信號處理電路，尤其是一種機(jī)械開關(guān)消抖電路。

背景技術(shù)：

數(shù)字信號電路中，經(jīng)常要求機(jī)械開關(guān)操作時輸出相應(yīng)的開關(guān)信號或者是脈沖信號。機(jī)械開關(guān)在閉合或者斷開時，會因?yàn)橛|點(diǎn)的抖動使開關(guān)脈沖產(chǎn)生抖動干擾脈沖。采用軟件消除開關(guān)抖動時需要耗費(fèi)CPU的工作時間，大大浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。當(dāng)需要采用電路消除開關(guān)抖動脈沖的影響時，常用的方法是RS觸發(fā)器和RC濾波電路。采用RS觸發(fā)器時，要求開關(guān)同時具有常閉開關(guān)和常開開關(guān)，其應(yīng)用受到限制。采用RC濾波電路，當(dāng)抖動干擾為連續(xù)的窄脈沖干擾時，需要加大濾波時間常數(shù)，影響電路的快速響應(yīng)能力；或者是機(jī)械開關(guān)脈沖電路存在連續(xù)的窄脈沖干擾時，RC濾波電路存在直流記憶效應(yīng)，前面的窄脈沖會影響后面窄脈沖的過濾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有機(jī)械開關(guān)脈沖電路消抖所存在的問題，本發(fā)明提供了一種機(jī)械開關(guān)消抖電路，包括開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路、可控放電電路、可控充電電路、電容、施密特電路。

所述開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路輸出開關(guān)脈沖。

所述可控放電電路輸入為開關(guān)脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端；所述可控充電電路輸入為開關(guān)脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端。

所述電容的一端連接至施密特電路輸入端，另外一端連接至機(jī)械開關(guān)消抖電路的公共地或者是供電電源。

所述施密特電路的輸出端為輸出脈沖端。

所述可控放電電路包括快速放電二極管、充電電阻、快速放電三態(tài)門；所述快速放電二極管陰極連接至快速放電三態(tài)門輸出端，陽極為可控放電電路輸出端；所述充電電阻與快速放電二極管并聯(lián)；所述可控充電電路包括快速充電二極管、放電電阻、快速充電三態(tài)門；所述快速充電二極管陽極連接至快速充電三態(tài)門輸出端，陰極為可控充電電路輸出端；所述放電電阻與快速充電二極管并聯(lián)。

所述快速放電三態(tài)門輸入端為可控放電電路輸入端；所述快速充電三態(tài)門輸入端為可控充電電路輸入端；所述快速放電三態(tài)門由輸出脈沖控制；所述快速充電三態(tài)門由輸出脈沖控制。

所述快速放電三態(tài)門由輸出脈沖控制以及快速充電三態(tài)門由輸出脈沖控制的具體方法是，當(dāng)施密特電路為同相施密特電路時，輸出脈沖的低電平控制快速放電三態(tài)門為工作狀態(tài)、快速充電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)，輸出脈沖的高電平控制快速放電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)、快速充電三態(tài)門為工作狀態(tài)；當(dāng)施密特電路為反相施密特電路時，輸出脈沖的高電平控制快速放電三態(tài)門為工作狀態(tài)、快速充電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)，輸出脈沖的低電平控制快速放電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)、快速充電三態(tài)門為工作狀態(tài)。

所述機(jī)械開關(guān)消抖電路能夠過濾的正窄脈沖寬度通過改變充電時間常數(shù)或者施密特電路的上限門檻電壓來進(jìn)行控制；所述機(jī)械開關(guān)消抖電路能夠過濾的負(fù)窄脈沖寬度通過改變放電時間常數(shù)或者施密特電路的下限門檻電壓來進(jìn)行控制。

所述充電時間常數(shù)為充電電阻與電容的乘積；所述放電時間常數(shù)為放電電阻與電容的乘積。

所述施密特電路具有高輸入阻抗特性。

所述快速放電三態(tài)門與快速充電三態(tài)門同為同相三態(tài)門，或者是，所述快速放電三態(tài)門與快速充電三態(tài)門同為反相三態(tài)門。

本發(fā)明的有益效果是：所述機(jī)械開關(guān)消抖電路允許寬度大于規(guī)定值的正脈沖和負(fù)脈沖信號通過；能夠自動過濾負(fù)寬脈沖期間的正窄脈沖，特別是能夠快速恢復(fù)過濾能力過濾連續(xù)的正窄脈沖干擾信號，消除開關(guān)脈沖的上升沿抖動；能夠自動過濾正寬脈沖期間的負(fù)窄脈沖，特別是能夠快速恢復(fù)過濾能力過濾連續(xù)的負(fù)窄脈沖干擾信號，消除開關(guān)脈沖的下降沿抖動；需要過濾的正窄脈沖最大寬度能夠通過改變充電時間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整；需要過濾的負(fù)窄脈沖最大寬度能夠通過改變放電時間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整；所述機(jī)械開關(guān)消抖電路能夠應(yīng)用在需要采用電路可靠消除機(jī)械開關(guān)脈沖抖動影響的場合。

附圖說明

圖1為機(jī)械開關(guān)消抖電路實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路實(shí)施例；

圖3為脈沖消抖電路實(shí)施例；

圖4為脈沖消抖電路實(shí)施例的開關(guān)脈沖和輸出脈沖波形。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示為機(jī)械開關(guān)消抖電路實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖，包括開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路和脈沖消抖電路。開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路輸出由機(jī)械開關(guān)操作產(chǎn)生的開關(guān)脈沖P1，開關(guān)脈沖P1被送至脈沖消抖電路進(jìn)行脈沖消抖，得到輸出脈沖P2。

開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路用于在有開關(guān)操作時產(chǎn)生開關(guān)脈沖并輸出。如圖2所示為開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路的一個實(shí)施例，由機(jī)械開關(guān)S10、電阻R10、驅(qū)動門F10組成。開關(guān)脈沖P1經(jīng)由驅(qū)動門F10輸出，可以提高開關(guān)脈沖P1的帶負(fù)載能力。選擇驅(qū)動門F10時，可以選擇同相驅(qū)動門，也可以選擇反相驅(qū)動門；要求驅(qū)動門F10的高電平和低電平帶負(fù)載能力一致或者接近，且灌電流帶負(fù)載能力與拉電流帶負(fù)載能力一致或者接近。驅(qū)動門F10可以選擇CMOS門電路或者是高速CMOS門電路。驅(qū)動門F10還可以選擇用運(yùn)放電路來構(gòu)成。

脈沖消抖電路的組成包括可控放電電路、可控充電電路、電容、施密特電路。

如圖3所示為脈沖消抖電路實(shí)施例。實(shí)施例中，快速放電二極管、充電電阻、快速放電三態(tài)門分別為二極管D11、電阻R11、三態(tài)門T11，組成了可控放電電路；快速充電二極管、放電電阻、快速充電三態(tài)門分別為二極管D12、電阻R12、三態(tài)門T12，組成了可控充電電路；電容為電容C11。施密特電路F11為同相施密特電路，因此，實(shí)施例中輸出脈沖P2與開關(guān)脈沖P1同相。電容C11的一端接施密特電路的輸入端，即F11的輸入端A3，另外一端連接至公共地。

圖3實(shí)施例中，施密特電路F11為同相施密特電路，輸出脈沖P2(圖3中A4點(diǎn))直接連接至三態(tài)門T11、三態(tài)門T12的使能控制端，三態(tài)門T11、三態(tài)門T12分別為低電平、高電平使能有效。輸出脈沖P2的高、低電平分別控制三態(tài)門T12為工作狀態(tài)、為禁止?fàn)顟B(tài)，輸出脈沖P2的高、低電平分別控制三態(tài)門T11為禁止?fàn)顟B(tài)、為工作狀態(tài)。受到輸出脈沖P2的控制，三態(tài)門T11與三態(tài)門T12中總是一個處于為工作狀態(tài)狀態(tài)，另外一個處于為禁止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)。當(dāng)三態(tài)門T11、三態(tài)門T12同時采用低電平使能有效或者是高電平使能有效的器件時，其中一個的由輸出脈沖P2的反相信號控制。

圖4為脈沖消抖電路實(shí)施例的開關(guān)脈沖和輸出脈沖波形。圖4中，P1為開關(guān)脈沖，P2為輸出脈沖，當(dāng)P1低電平為正常的負(fù)寬脈沖時，圖3中A3點(diǎn)電位與A1點(diǎn)低電平電位一致，P2為低電平，三態(tài)門T11為工作狀態(tài)，其輸出的A1點(diǎn)電平與A0點(diǎn)一致；T12為禁止?fàn)顟B(tài)，輸出為高阻態(tài)。正窄脈沖11的高電平通過充電電阻R11對電容C11充電，使A3點(diǎn)電位上升；由于窄脈沖11的寬度小于時間T1，A3點(diǎn)電位在窄脈沖11結(jié)束時仍低于施密特電路F11的上限門檻電壓，因此，P2維持為低電平，三態(tài)門T11維持為工作狀態(tài)；窄脈沖11結(jié)束時，A1點(diǎn)重新變?yōu)榈碗娖角彝ㄟ^快速放電二極管D11使電容C11快速放電，使A3點(diǎn)電位與A1點(diǎn)低電平電位一致，恢復(fù)至窄脈沖11來臨前的狀態(tài)，其抗干擾能力得到迅速恢復(fù)，當(dāng)后面緊接有連續(xù)的正窄脈沖干擾信號時，同樣能夠過濾掉。正窄脈沖12、正窄脈沖13的寬度均小于時間T1，因此，當(dāng)窄脈沖12、窄脈沖13中的每一個結(jié)束時，P2維持為低電平，A1點(diǎn)重新變?yōu)榈碗娖角彝ㄟ^快速放電二極管D11使電容C11快速放電，使A3點(diǎn)電位與A1點(diǎn)低電平電位一致。

脈沖14為正常的正寬脈沖，P1在上升沿20之后維持高電平時間達(dá)到T1時，A1點(diǎn)高電平的通過充電電阻R11對電容C11充電，使A3點(diǎn)電位上升達(dá)到施密特電路F11的上限門檻電壓，施密特電路F11輸出P2在上升沿25處從低電平變?yōu)楦唠娖?，使三態(tài)門T11為禁止?fàn)顟B(tài)、T12為工作狀態(tài)，其輸出的A2點(diǎn)電平與A0點(diǎn)一致；A2點(diǎn)的高電平通過快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點(diǎn)電位與A2點(diǎn)高電平電位一致，P2維持為高電平。

負(fù)窄脈沖15的低電平通過放電電阻R12對電容C11放電，使A3點(diǎn)電位下降；由于窄脈沖15的寬度小于時間T2，A3點(diǎn)電位在窄脈沖15結(jié)束時仍高于施密特電路F11的下限門檻電壓，因此，P2維持為高電平，三態(tài)門T12維持為工作狀態(tài)；窄脈沖15結(jié)束時，A2點(diǎn)重新變?yōu)楦唠娖角彝ㄟ^快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點(diǎn)電位與A2點(diǎn)高電平電位一致，恢復(fù)至窄脈沖15來臨前的狀態(tài)，其抗干擾能力得到迅速恢復(fù)，當(dāng)后面緊接有連續(xù)的負(fù)窄脈沖干擾信號時，同樣能夠過濾掉。負(fù)窄脈沖16、負(fù)窄脈沖17、負(fù)窄脈沖18的寬度均小于時間T2，因此，當(dāng)窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18中的每一個結(jié)束時，P2維持為高電平，A2點(diǎn)重新變?yōu)楦唠娖角彝ㄟ^快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點(diǎn)電位與A2點(diǎn)高電平電位一致。

P1在下降沿21之后維持低電平時間達(dá)到T2時，表示P1有一個正常的負(fù)寬脈沖，A2點(diǎn)的低電平通過放電電阻R12對電容C11放電，使A3點(diǎn)電位下降達(dá)到施密特電路F11的下限門檻電壓，施密特電路F11的輸出P2在下降沿26處從高電平變?yōu)榈碗娖?，使三態(tài)門T11為工作狀態(tài)、T12為禁止?fàn)顟B(tài)；A1點(diǎn)的低電平通過快速放電二極管D11使電容C11快速放電，使A3點(diǎn)電位與A1點(diǎn)低電平電位一致，P2維持為低電平。P1的負(fù)寬脈沖19寬度大于T2，在負(fù)寬脈沖19的上升沿22之后維持高電平時間達(dá)到T1時，P2在上升沿27處從低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

脈沖消抖電路將P1信號中的窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13、窄脈沖15、窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18都過濾掉，而正寬脈沖14、負(fù)寬脈沖19能夠通過，使P2信號中出現(xiàn)相應(yīng)的正寬脈沖23和負(fù)寬脈沖24。輸出脈沖P2與開關(guān)脈沖P1同相，而輸出的寬脈沖14上升沿比輸入的寬脈沖14上升沿滯后時間T1，下降沿滯后時間T2。

窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13為正窄脈沖，其中窄脈沖11為干擾脈沖，窄脈沖12、窄脈沖13為連續(xù)的開關(guān)觸點(diǎn)抖動脈沖。時間T1為脈沖消抖電路能夠過濾的最大正窄脈沖寬度。T1受到充電時間常數(shù)、三態(tài)門T11輸出的高電平電位、低電平電位和施密特電路F11的上限門檻電壓共同影響。通常情況下，三態(tài)門T11輸出的高電平電位和低電平電位為定值，因此，調(diào)整T1的值可以通過改變充電時間常數(shù)或者施密特電路的上限門檻電壓來進(jìn)行。圖3中，充電時間常數(shù)為充電電阻R11與電容C11的乘積。所述脈沖消抖電路允許寬度大于T1的正脈沖信號通過。

窄脈沖15、窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18為負(fù)窄脈沖，其中窄脈沖15為干擾脈沖，窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18為連續(xù)的開關(guān)觸點(diǎn)抖動脈沖。時間T2為脈沖消抖電路能夠過濾的最大負(fù)窄脈沖寬度。T2受到放電時間常數(shù)、三態(tài)門T12輸出的高電平電位、低電平電位和施密特電路F11的下限門檻電壓共同影響。通常情況下，三態(tài)門T12輸出的高電平電位和低電平電位為定值，因此，調(diào)整T2的值可以通過改變放電時間常數(shù)或者施密特電路的下限門檻電壓來進(jìn)行。圖3中，放電時間常數(shù)為放電電阻R12與電容C11的乘積。所述脈沖消抖電路允許寬度大于大于T2的負(fù)脈沖信號通過。

圖3中，電容C11接公共地的一端也可以改接在脈沖消抖電路的供電電源端。脈沖消抖電路的供電電源用于向快速放電三態(tài)門、快速充電三態(tài)門等器件進(jìn)行供電。

圖3中，施密特電路F11也可以選擇反相施密特電路，此時輸出脈沖P2的高電平應(yīng)該控制快速放電三態(tài)門為工作狀態(tài)、快速充電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)，輸出脈沖的低電平控制快速放電三態(tài)門為禁止?fàn)顟B(tài)、快速充電三態(tài)門為工作狀態(tài)。例如，當(dāng)圖3中施密特電路F11選擇反相施密特電路，仍將輸出脈沖P2直接連接至三態(tài)門T11、三態(tài)門T12的使能控制端時，三態(tài)門T11應(yīng)該相應(yīng)地改為高電平使能有效，三態(tài)門T12相應(yīng)地改為低電平使能有效。選擇反相施密特電路時電路的工作原理與圖3相同，只是此時輸出脈沖與開關(guān)脈沖反相。

快速放電三態(tài)門與快速充電三態(tài)門還可以同時選擇具有反相功能的反相三態(tài)門。當(dāng)快速放電三態(tài)門與快速充電三態(tài)門同時選擇反相三態(tài)門時，相當(dāng)于在開關(guān)脈沖端增加一個反相器，即先將開關(guān)脈沖反相后再進(jìn)行抗窄脈沖干擾，工作原理與圖3相同。

所述施密特電路的輸入信號為電容上的電壓，因此，要求施密特電路具有高輸入阻抗特性。施密特電路可以選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、74HC14，或者是選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特與非門CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特與非門的上限門檻電壓、下限門檻電壓均為與器件相關(guān)的固定值，因此，調(diào)整能夠過濾的輸入的正窄脈沖寬度、負(fù)窄脈沖寬度需要通過改變充電時間常數(shù)、放電時間常數(shù)來進(jìn)行。用施密特反相器或者施密特與非門構(gòu)成同相施密特電路，需要在施密特反相器或者施密特與非門后面增加一級反相器。

施密特電路還可以選擇采用運(yùn)算放大器來構(gòu)成，采用運(yùn)算放大器來構(gòu)成施密特電路可以靈活地改變上限門檻電壓、下限門檻電壓。同樣地，采用運(yùn)算放大器來構(gòu)成施密特電路時，需要采用具有高輸入阻抗特性的結(jié)構(gòu)與電路。