Maxim提供了一種簡單的解決方案來降低開關振鈴的影響。這些器件適用于具有按鈕面板、觸摸屏顯示器和簡單按鈕設備的應用。這些器件還提供過壓和ESD保護。MAX6816/MAX6817/MAX6818在單個IC中集成了多種功能，因此無需大量分立元件。

開關可以做一些非常奇怪的事情。大多數工程師在將開關或繼電器連接到數字系統后不久就知道了這個骯臟的小秘密。開關在數字系統的時間尺度上不會干凈利落地成敗。相反，典型的開關在打開或關閉所需的幾十毫秒內進行多次轉換，這是由于年齡、工作慣性、機械設計和開關接觸表面的微觀條件等影響。通常稱為“開關反彈”，這種行為是生活中不可避免的事實。

將標準開關連接到數字計數電路后，您可以觀察到打開時的多個計數和關閉時的多個計數（圖 1 和圖 2）。這種不穩定的操作可能會對數據造成嚴重破壞，因為從長遠來看，確切的計數數量不一定會重復。開關反彈在單元之間、批次之間，甚至在單個開關的使用壽命內都不一致。薄膜開關和其他一些類型在新的時似乎不會反彈，但所有機械開關有時會反彈。沒有什么可以確保另一個相同類型的開關將以相同的方式工作，或者特定開關在老化時保持無反彈。

圖1.對于小型按鈕開關，這種上升沿開關的反彈間隔約為 5ms，包括 10 次轉換。就像彈跳球一樣，開關動作頻率向右增加。

圖2.另一個上升沿開關反彈（對于5A觸點繼電器）顯示大約5.5ms的反彈間隔，其中包括20個全幅度轉換和一些較小的轉換。

除了彈跳，開關和數字系統還有其他煩人的習慣。例如，當您在嘈雜的工業環境中運行開關接線時，會發生奇怪的事情。根據定義，開路開關具有高阻抗，因此干擾信號很容易承受負載。任何電容或電感耦合到開關接線的噪聲脈沖都可能導致幻象開關閉合。

想象一下，一種稱為可編程邏輯控制器（PLC）的專用工業計算機，它通過一個巨大的繼電器控制電機。放置在電機附近的限位開關為PLC上的數字輸入提供位置反饋。當PLC告訴電機啟動時，流向繼電器的電流浪涌，電機可以在長接線中耦合到其他導體，導致數字輸入中的接地反彈或電容耦合尖峰。

如果設計不當，PLC 可能會將此尖峰解釋為過早關閉開關并關閉操作。當PLC關閉負載時，由于接線電容，接線電感以及繼電器和電機的感應踢的影響，也會發生類似的事情。如果PLC及其數字輸入設計不當，這些尖峰和瞬變會導致數字輸入讀數錯誤。

家庭、辦公室和工業中使用的設備上的數字和模擬輸入會受到過壓、電壓瞬變和ESD沖擊的影響。過壓是由接線不當、各種故障條件和電源排序引起的（其中一個斷電的盒子連接到另一個通電的盒子，即使是暫時的）。如上所述，電壓瞬變通常與容性或電感耦合尖峰有關。ESD 在安裝過程中可能會撞擊連接器、操作員控制臺或端子條。如果系統閂鎖，這些瞬變中的任何一個都可能導致破壞。如果不是破壞性的，它們可能會導致 CPU 重置、看門狗溢出和其他類型的不穩定操作。

系統設計人員應該意識到這些問題以及用于解決這些問題的方法。解決此類接口問題的一種解決方案是一系列新的IC。IC （MAX6816/6817/6818單/雙/八通道開關去抖器）提供萬無一失、無軟件的去抖動，以及過壓和ESD保護。本文重點介紹IC開關去抖器的應用，同時介紹阻止過壓、電壓/電流尖峰、開關反彈和ESD的經典方法。

開關反彈

如果被問到，大多數工程師會說開關在軟件中是去抖動的，去抖動“沒有問題”。如果你適當注意細節，這兩個假設都是正確的。軟件去抖動可以處理反彈，但不能解決過壓、ESD或其他瞬變問題。

也可以使用電阻器和電容器進行去抖動。通常，您需要一個上拉電阻、一個串聯電阻和一個電容、一個施密特觸發器緩沖器輸入端的電阻器，以及一個二極管（通常），以確保電容電荷在關斷期間不會迫使大量電流通過緩沖器的輸入保護網絡。對于多輸入系統，由此產生的器件數量可能難以處理（圖3），因此本文將不詳細介紹此方法。

圖3.分立元件可以提供去抖動以及ESD和過壓保護，但設計合理的分立接口可以考慮所有可能的故障，這對于多個輸入來說卻很笨拙。

通過軟件進行去抖動是當今使用的主要方法。一個好的去抖例程實際上是實時軟件，它充當簡單的低通數字濾波器。非開關數字輸入通常也通過去抖濾波器進行路由。該技術可以通過在報告輸入打開或關閉之前確保穩定狀態來消除輸入端的短瞬變。

下面的偽代碼說明了一個輸入的軟件去抖動例程。如果您泛化例程并使用基于指針的變量等，它可以容納多個輸入。雖然充其量是一種平庸的方法，但盡管存在下面討論的問題和缺陷，但經常使用這種類型的例程。

此例程對開關閉包進行反抖，但即使開關反彈，它也會接受打開作為合法狀態。雖然是無意的，但這種不對稱操作在鍵盤和其他對關閉但對打開執行操作的系統中可能是可以接受的。對于通用輸入，應去抖動兩條邊。

另一個缺點是，此例程假定開關在未關閉時處于打開狀態，從而忽略開關不穩定（仍在跳動）的第三種狀態。因此，更好的例程將報告最后一個非反彈狀態，直到交換機達到新的去抖狀態。但是，此操作也可能導致問題。在這種情況下，軟件應該識別“變化”的第三種狀態。

許多去抖動例程重復對輸入進行采樣，等待它在預先安排的樣本數量內保持相同狀態。如果交換機在該時間間隔內更改狀態，例程將以相同的方式測試新狀態的穩定性。此操作可能會導致較大的延遲，從而占用大量 CPU 時間。作為極端情況，應用于其通用輸入端口之一的高頻 PLC（無論是無意、故意還是由于故障）將完全掛起處理器?？撮T狗定時器可能會恢復處理器，但問題會無限期地再次出現;這不是一個堅固的設計。此外，您需要大量的RAM和代碼來對具有大量輸入的大型工業系統（例如PLC或通用輸入板）進行去抖動。每個輸入需要一個閉合計數器、一個開路計數器和 2 位來定義其狀態。

瞬態和ESD抑制

ESD的標準預防是每個外部輸入端的瞬態抑制器或MOV器件。例如，四通道和八通道TransZorb是?簡單且相對便宜的器件，可以減少雜亂和空間要求，但必須注意避免故障電流的交叉耦合。這種方法在工業和汽車系統中很常見，工程師了解省略此類保護的危險。

一個好的做法是將一個220Ω電阻與V串聯抄送端口輸入設備的行。例如，像八進制74HC244或74HC573這樣的普通CMOS輸入器件消耗的電流非常小。如果它閂鎖，220Ω電阻將電流和功耗限制在安全水平。不過，電源循環仍然是必要的。通常，不應將微控制器的端口引腳直接連接到外部輸入。閂鎖是一個問題，但輻射EMI可能會更糟。

由于除非將足夠的電流注入其中一個引腳，否則器件無法閂鎖，因此一些設計人員認為，與CMOS數字輸入串聯的電阻可以防止這些問題。事實上，現代CMOS IC中SCR鎖存的閾值可能超過50mA。這種高電流閾值（在下一節中介紹）實際上在一定程度上可以防止過壓，但不一定對ESD有效。15kV ESD沖擊可以迫使大量電流通過寄生路徑和電阻周圍，甚至可以通過100KΩ強制大電流。

過壓保護

過壓保護使系統能夠承受超出供電軌的連續和長期瞬態輸入。例如，沒有V的IC抄送應用具有來自外部電源的 24V 電壓，施加到輸入端。這種施加的電壓通常會“反向驅動”保護網絡，迫使電壓進入系統內部的電源軌。一種有效的對策是使用與輸入串聯的電阻器，作用于連接到電源軌的保護二極管。橫跨 V 的齊納二極管抄送還應考慮輸入端口的電源軌。為確保保護電路在最壞情況下不會失效，應計算該齊納二極管和串聯輸入電阻的最大功耗。

MAX6816、MAX6817和MAX6818開關去抖器

幾年前，Maxim工程師發現需要一種簡單的接口器件，該器件能夠消除開關的抖動，同時保護開關免受ESD和過壓的影響。一些客戶使用μP監控IC的手動復位輸入，如MAX811，只是為了獲得采用SOT-23封裝的單通道去抖器功能。其他人則使用ESD保護的RS-232收發器作為通用數字輸入設備?？蛻舯籖S-232 IC所吸引，因為它們可以在承受高壓和ESD的同時處理低壓轉換。綜合這些因素，Maxim生產了一系列開關去抖器，具有ESD保護和可靠的輸入特性（圖4和圖5）。

圖4.MAX6816系列開關去抖器的通用框圖包括一個ESD和過壓保護的輸入結構，后接一個數字濾波器，用于對輸入進行去抖動并施加欠壓鎖定。

圖5.在這種典型的單去抖器應用中，唯一的元件是小型旁路電容和4引腳SOT-23封裝。

MAX6816和MAX6817

MAX6816為單開關去抖器，采用4引腳SOT-23封裝，MAX6817為雙開關去抖器，采用6引腳SOT-23封裝。它們提供去抖邏輯和數字濾波器、高達 ±25V 的輸入過壓保護和高達 ±15kV 的 ESD 保護，適用于惡劣的工業環境。它們采用 2.7V 至 5.5V 的單電源電壓工作，典型電源電流僅為 6μA。它們還提供欠壓鎖定電路，確保上電時輸出狀態正確。由于每個輸入端的專有ESD保護結構包括一個過壓箝位二極管和一個63kΩ上拉電阻，因此這些IC無需外部元件即可提供與開關的直接接口。它們的標稱去抖動延遲（40ms ± 20ms）掩蓋了即使是最丑陋的開關產生的反彈（圖 6）。

圖6.MAX6816開關去抖動器系列的時序圖顯示，輸入穩定后約40ms，輸出狀態發生變化。額外的MAX6818輸出指示任何輸入的狀態變化。/CH可降低輪詢開銷，尤其是在多輸入系統中。

MAX6818

MAX6818八通道開關去抖器設計用于數據總線接口（圖7）。它監視 6818 個開關，除了單器件和雙器件的去抖動和輸入保護功能外，還提供狀態改變輸出 （/CH） 和三態數據總線輸出。特別是，其/CH輸出大大簡化了μP的輪詢和中斷。每次系統讀取數據輸出（通過驅動/EN低電平）時，IC都會將/CH復位至高電平。當任何輸入改變狀態時，/CH變為低電平。MAX74與573HC20和其他標準<>引腳八通道邏輯器件引腳兼容。它可以輕松處理多個輸入。

圖7.在典型應用中，MAX6818數據輸出保持三態，直到/EN被拉低。變化輸出（/CH）在每次讀取后復位為高電平，并在任何輸入端的狀態變化后設置為低電平。它可以由系統輪詢或綁定到中斷，如圖所示。

MAX6816、MAX6817和MAX6818開關去抖器解決了數字系統與噪聲、瞬態、“彈跳”輸入端連接相關的多個問題。它們通過簡化設計、減少 CPU 時間和開銷以及更換多個無源元件，使系統更加穩健可靠。

審核編輯：郭婷