這是RC低通濾波器的應用。電路板上常見的機械接觸式按鍵,在按下或者松開的過程中,常常會產生不穩(wěn)定的信號,如下圖所示,雜波過程一般持續(xù)10ms-20ms,毛刺的頻率一般超過10KHz。下圖是一款機械自鎖按鍵開關瞬間產生的雜波
為了過濾掉雜波,可以通過單片機程序濾波或者通過硬件濾波電路進行濾波。單片機程序濾波的基本原理是:單片機檢測到低電平后,延時若干毫秒,再檢測一次,如果還是低電平,則確定是按鍵按下。一般情況下,為了給單片機一個確定的,干凈的信號,往往采用單片機程序濾波與硬件濾波電路結合的方式進行濾波,其中硬件濾波電路常用RC濾波電路。
設計一個按鍵濾波電路如下圖,濾除按鍵在開關瞬間產生的雜波。
在此電路中需要保留的信號頻率極低,假設1秒鐘開關狀態(tài)切換一次,則頻率只有0.5Hz;需要濾除的噪聲頻率大于10KHz。一般來說,需要被抑制的頻率至少是截止頻率兩倍。令
得
電阻與電容的取值范圍非常大。但是如果電阻與電容的乘積太大,會導致充放電時間變得很長。取電阻為100KΩ,電容為100nF(大電容價格很貴,實際應用中考慮成本,應盡可能選擇小電容大電阻),可以算出截止頻率是15.915Hz,時間常數為10ms。在10ms內電壓可以上升或下降63%,對于機械按鍵來說,速度是足夠的。
然后結合分壓電路來分析RC濾波電路對于信號與噪聲各自的影響。對于頻率為0.5Hz的信號,電容的容抗為3.183MΩ,輸出信號占輸入信號的比例為3.183MΩ/(3.183MΩ+0.1MΩ)=97%,幾乎沒有影響;對于頻率為10KHz的噪聲,電容的容抗為15.9Ω,噪聲占輸入信號的比例為15.9/(15.9+100000)=0.2%,幾乎全部濾除。
通常濾波器會提供一個頻率與響應的關系圖,從圖中可以很容易找到某個對于某個頻率,功率減小多少dB。例如下圖15.9Hz大約對應-3dB。
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