电容滤波消抖电路结构与电路模型图电路图

按键是仪器仪表中常用的人机输入接口电路。在密钥电路中，密钥的抖动必须考虑软件去抖和硬件去抖。

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具有使用少量硬件的优点，但也有以下两个缺点：

（1)在仪表键盘电路中，仪表板上安装了多个按键，键盘的输出通过排线连接到主控板。此时用触发器按键消抖电路，仪表的寄生电感和寄生电容键盘线存在，寄生电感和寄生电容存在 和电缆电阻会形成二阶振荡系统，二阶振荡会形成负电平脉冲，负电平脉冲很容易超过输入数字芯片的最大允许电平范围，容易造成数字芯片损坏。

（2)按钮闭合和断开时，电压信号的下降沿非常陡峭，剧烈变化的电压信号会通过互电容传递到相邻的导线。

硬件去抖电路的设计主要考虑以下三个因素：

(1) 消除信号的抖动，保证关键电路输出信号的平滑度；

(2)去掉信号的下冲，因为下冲电平超出了后续数字芯片的最大输入电平范围；

(3)降低信号变化速度，避免相邻线路电容串扰；

(4)不影响按键电路的正常功能。

常见的硬件去抖电路包括电容滤波去抖和触发去抖。电容滤波器去抖采用电阻和电容组成低通滤波器，具有电路结构简单可靠的优点，所以本文将重点介绍去抖电路。

1 按键去抖电路结构及电路模型

图1是某仪器的按键电路示意图。该按钮安装在仪表板上，通过导线与主控板相连。按键的一端接上拉电阻并接后续电路，按键的另一端接地。按键未按下时，按键输出高电平，按键按下时，按键输出低电平。图 2 为添加滤波电容后的按键电路。

图1 仪器按键电路

图 2 按键去抖电路

图 3 显示了按钮去抖电路的电路模型。图中，R0为连接按键线的电阻，L为线电感，C0为线对地电容，Cf为滤波电容，Cp为按键后续电路的输入电容，Ri为按键后续电路的输入阻抗，R为上拉电阻，VCC为电源电压，U为按键去抖电路的输出电压。

图3 按键去抖电路的电路模型

当按钮闭合时，其等效电路模型如图4所示。当按钮断开时，其等效电路模型如图5所示。

2 按键去抖电路的数学模型

假设某个时刻按键是闭合的，在此之前按键是断开的，整个电路处于稳定状态，即没有电流流过各个电容和电感。此时，输出电压U=u0=VCC×R(R+Ri)。然后根据图4的整个电路，可以列出如下微分方程：

图4 按钮闭合时的等效电路模型

图5 按钮断开时的等效电路模型

式中：i0为L所在支路的电流；C为C0、Cf和Cp的等效电容，C为三者之和。

(1)，公式(2)经过拉普拉斯变换可以得到：

用残差定理对上式进行分解，我们可以得到：

假设某时刻按键断开，而在此之前按键闭合，整个电路处于稳定状态，即各个电容和电感上没有电流流过。此时输出电压U=u0=VCC × Ri R0 (RRi +R0 Ri +RR0)。根据图5，可列出如下微分方程：

3 按键电路瞬态分析

通过对公式（5)）进行拉普拉斯逆变换，可以得到按钮打开电路处于稳态时按钮关闭输出电压u(t)的时域响应。

根据拉普拉斯变换的初值定理和终值定理用触发器按键消抖电路，我们可以得到：

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文章来源:http://www.eepw.com.cn/article/264810.htm

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