一種用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計(jì)及電子信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是涉及一種用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子產(chǎn)品中，開關(guān)作為一種人機(jī)交互手段應(yīng)用非常普遍。常用的開關(guān)多為機(jī)械開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在其按下和釋放過程中，都不可避免會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，導(dǎo)致開關(guān)信號(hào)在開關(guān)閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在開關(guān)釋放時(shí)不會(huì)立即斷開，信號(hào)波形會(huì)在開關(guān)閉合及釋放時(shí)出現(xiàn)一連串的抖動(dòng)。通常情況下，手動(dòng)開關(guān)的通斷頻率大致低于10次/秒，兩次開關(guān)操作的時(shí)間間隔不會(huì)低于100毫秒，開關(guān)抖動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)抖動(dòng)時(shí)間一般在10毫秒?20毫秒，通過簡單的RC濾波可以較好的濾除信號(hào)的抖動(dòng)。但對(duì)于類似電鼓這樣的通斷頻率較高的開關(guān)信號(hào)檢測(cè)而言，專業(yè)鼓手的擊打頻率可以輕松超過20?30次/秒，兩次開關(guān)動(dòng)作的時(shí)間間隔可能會(huì)低于30?50mS，由于開關(guān)信號(hào)的間隔時(shí)間與抖動(dòng)導(dǎo)致的干擾信號(hào)的持續(xù)時(shí)間接近，傳統(tǒng)的RC濾波電路對(duì)這樣的干擾信號(hào)顯得無能為力。另外，對(duì)于薄膜開關(guān)，由于薄膜的壓電效應(yīng)，在擊打薄膜開關(guān)時(shí)，薄膜震動(dòng)所產(chǎn)生的壓電信號(hào)會(huì)疊加到開關(guān)信號(hào)上，使信號(hào)干擾更嚴(yán)重。尤其對(duì)于將多個(gè)開關(guān)進(jìn)行串并聯(lián)組合并通過檢測(cè)開關(guān)信號(hào)電壓值的大小來對(duì)閉合的開關(guān)進(jìn)行識(shí)別的應(yīng)用，開關(guān)信號(hào)對(duì)所受的干擾變得更加敏感。
[0003]在申請(qǐng)?zhí)枮?01320109704.3的實(shí)用新型專利中，公開了一種按鍵防抖電路，通過RC濾波對(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理，該按鍵防抖電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理過程如下:當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電容CO對(duì)地短路，電容CO兩端的電壓因直接對(duì)地放電而快速降為O;當(dāng)開關(guān)電路斷開時(shí)，電容CO經(jīng)電阻RO充電，電容CO兩端電壓緩慢上升而不會(huì)立即恢復(fù)高電壓。通過調(diào)整電阻RO和電容CO的參數(shù)可以改變電容CO的充電時(shí)間常數(shù)，從而有效濾除按鍵抖動(dòng)對(duì)信號(hào)的干擾。上述電路用于對(duì)普通的通斷頻率較低的開關(guān)信號(hào)的干擾濾波，但不用于對(duì)通斷頻率較高的開關(guān)信號(hào)的干擾濾波，因?yàn)殡娙莸某浞烹妼?dǎo)致開關(guān)信號(hào)的延遲，并影響對(duì)后續(xù)開關(guān)信號(hào)的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的濾波技術(shù)由于電容充放電導(dǎo)致開關(guān)信號(hào)的延遲，并影響對(duì)后續(xù)打擊信號(hào)的檢測(cè)的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置，包括:開關(guān)，用于產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)；延時(shí)電路，用于在所述開關(guān)信號(hào)的觸發(fā)下，經(jīng)內(nèi)部延時(shí)后輸出延時(shí)及脈寬均可調(diào)的控制脈沖;開關(guān)電路，連接于所述延時(shí)電路，用于在所述控制脈沖的控制下實(shí)現(xiàn)通斷；以及采樣保持電路，連接于所述開關(guān)電路，用于在開關(guān)電路閉合時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行快速采樣以跟蹤輸入信號(hào)的變化，在開關(guān)電路斷開時(shí)，輸出電壓保持不變。
[0006]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述開關(guān)包括機(jī)械開關(guān)，其第一端接地，第二端連接于所述輸入電路的信號(hào)輸入端。
[0007]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述干擾過濾裝置還包括輸入電路，連接于所述開關(guān)及所述延時(shí)電路之間，用于為所述開關(guān)信號(hào)提供阻抗匹配。
[0008]進(jìn)一步地，所述輸入電路包括上拉電阻和第一運(yùn)算放大器，其中，所述上拉電阻的第一端與電源VCC相連，第二端與所述開關(guān)的第二端及第一運(yùn)算放大器的同相輸入端相連，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端相連。
[0009]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述延時(shí)電路包括觸發(fā)電路、延時(shí)充放電電路以及延時(shí)信號(hào)整形電路。
[0010]優(yōu)選地，所述觸發(fā)電路包括三極管、第一電阻及第二電阻，其中，所述第一電阻的第一端與三極管的發(fā)射極及電源VCC相連，第二端與三極管的基極及第二電阻的第一端相連，所述第二電阻的第二端與輸入電路的輸出端及開關(guān)電路的輸入端相連。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述延時(shí)充放電電路包括第三電阻、第一電容和第四電阻，其中，所述第三電阻的第一端與所述三極管的集電極相連，第二端與第一電容的第一極、第四電阻的第一端以及所述延時(shí)信號(hào)整形電路的輸入端相連，所述第一電容的第二極和第四電阻的第二端接地。
[0012]優(yōu)選地，所述延時(shí)信號(hào)整形電路包括第一非門和第二非門，其中，所述第一非門的輸入端與所述第三電阻的第二端相連，輸出端與第二非門的輸入端相連，所述第二非門的輸出端與開關(guān)電路控制端相連，其輸出用于控制開關(guān)電路的通斷。
[0013]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述開關(guān)電路包括PMOS管，所述PMOS管的柵極與延時(shí)電路的輸出端相連，源極與輸入電路的輸出端和延時(shí)電路中的第二電阻的第二端相連，漏極與采樣保持電路的輸入端相連。
[0014]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述采樣保持電路包括第二電容和第二運(yùn)算放大器，其中，所述第二電容的第一極與第二運(yùn)算放大器的同相輸入端以及開關(guān)電路的輸出端相連，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端相連，并作為信號(hào)輸出端。
[0015]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的一種優(yōu)選方案，所述開關(guān)包括若干個(gè)機(jī)械開關(guān)及若干個(gè)分壓電阻，所述若干個(gè)機(jī)械開關(guān)的第一端接地，所述若干個(gè)分壓電阻依次連接于相鄰兩個(gè)機(jī)械開關(guān)的第二端。
[0016]本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾裝置的原理為:當(dāng)所述開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，開關(guān)信號(hào)保持高電平，所述延時(shí)電路的輸出信號(hào)控制所述開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，使所述采樣保持電路能快速跟蹤開關(guān)信號(hào)的變化。當(dāng)所述開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)信號(hào)由高變低，由于干擾信號(hào)在時(shí)間上滯后于有用信號(hào)(例如壓電干擾信號(hào)比開關(guān)信號(hào)滯后大約0.2毫秒)，使得干擾信號(hào)在開關(guān)信號(hào)變低之后出現(xiàn)。在開關(guān)信號(hào)變低過程中，所述采樣保持電路快速跟蹤開關(guān)信號(hào)的變化，且在干擾信號(hào)出現(xiàn)之前，所述開關(guān)電路受所述延時(shí)電路輸出信號(hào)的控制而斷開，使得所述采樣保持電路最終定格于所述開關(guān)電路斷開時(shí)的電壓值。在開關(guān)電路斷開期間，所述采樣保持電路的輸出信號(hào)保持不變，從而避開開關(guān)通斷過程中的干擾信號(hào)的影響，直到干擾信號(hào)結(jié)束，所述延時(shí)電路的輸出信號(hào)恢復(fù)低電平時(shí)，所述開關(guān)電路再次閉合，所述采樣保持電路重新恢復(fù)對(duì)開關(guān)信號(hào)變化的快速跟蹤，準(zhǔn)備下一次開關(guān)通斷過程中對(duì)干擾信號(hào)的濾波處理。
[0017]本發(fā)明還提供一種用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾方法，包括步驟:I)當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)信號(hào)由高變低，觸發(fā)所述延時(shí)電路在經(jīng)歷可設(shè)定的第一延遲時(shí)間后其輸出信號(hào)由低變高，然后再經(jīng)歷另一可設(shè)定的第二延遲時(shí)間后其輸出信號(hào)由高變低;2)所述延時(shí)電路輸出低電平時(shí)將所述開關(guān)電路導(dǎo)通，使得所述采樣保持電路得以快速跟蹤開關(guān)信號(hào)的變化;所述延時(shí)電路輸出高電平時(shí)將所述開關(guān)電路斷開，使得所述采樣保持電路與開關(guān)信號(hào)斷開并保持輸出電壓不變;3)調(diào)整所述第一延遲時(shí)間及第二延遲時(shí)間，使所述開關(guān)電路在開關(guān)閉合后且干擾信號(hào)出現(xiàn)之前斷開，然后在開關(guān)斷開后且干擾信號(hào)結(jié)束后閉合，從而使所述采樣保持電路的輸出信號(hào)免受時(shí)間上滯后于開關(guān)信號(hào)的干擾信號(hào)的影響。
[0018]作為本發(fā)明的用于快速通斷機(jī)械開關(guān)的干擾過濾方法的一種優(yōu)選方案，對(duì)于包括多個(gè)機(jī)械開關(guān)進(jìn)行串并聯(lián)的干擾過濾裝置，當(dāng)其中一個(gè)或多個(gè)開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)信號(hào)由高變低，干擾信號(hào)滯后于開關(guān)信號(hào)的變化，在開關(guān)信號(hào)變低的過程中，所述采樣保持電路快速跟蹤開關(guān)信號(hào)的變化，且在干擾信號(hào)出現(xiàn)之前，所述開關(guān)電路受所述延時(shí)電路輸出信號(hào)的控制而斷開，使得所述采樣保持電路最終定格于所述開關(guān)電路斷開時(shí)的電壓值，在開關(guān)電路斷開期間，所述采樣保持電路的輸出信號(hào)保持不變，從而避開開關(guān)通斷過程中的干擾信號(hào)的影響。直到干擾信號(hào)結(jié)束，所述延時(shí)電路的輸出信號(hào)恢復(fù)低電平時(shí)，所述開關(guān)電路再次閉合，