工程師們討論最佳開關去抖動方法:硬體與軟體解決方案之爭

BigGo Editorial Team
工程師們討論最佳開關去抖動方法:硬體與軟體解決方案之爭

開關抖動軌跡庫引發了工程師們之間關於電子電路中機械開關去抖動最有效方法的熱烈討論。雖然原始集合提供了寶貴的參考資料,展示了各種開關在狀態轉換過程中的混亂行為,但社群的焦點已轉向討論實際應用中的最佳去抖動策略。

硬體與軟體去抖動方法

討論中的工程師們強調了處理開關抖動的兩種主要思路:基於被動元件的硬體解決方案和基於演算法的軟體解決方案。一些從業者提倡簡單的硬體解決方案,一位工程師描述了他的方法:對於我的業餘專案,我使用單個小電容進行硬體去抖動。微控制器已經有施密特觸發器輸入(處理滯後)。它還有一個高阻值上拉電阻。從輸入到地的小電容完成了低通濾波器。這種方法利用現有的微控制器功能建立乾淨的轉換,無需額外的程式碼。然而,其他人指出,純硬體解決方案可能會在使用者介面中引入不必要的延遲。

常見的去抖動方法

  • 硬體解決方案:
    • 電容 + 上拉電阻 + Schmitt 觸發器輸入
    • 帶電氣滯環的模擬低通濾波
  • 軟體解決方案:
    • 兩個時間常數方法(取樣狀態變化 + 忽略期)
    • 帶輔助變數的狀態機
    • Jack Ganssle 的去抖動演算法(多位評論者提及)

去抖動的關鍵考慮因素

  • 響應延遲與可靠性之間的權衡
  • EMI 抑制能力
  • 機械彈跳之外的環境因素
  • 輸入電容對訊號行為的影響

平衡延遲和可靠性

討論中出現的一個重要主題是響應時間和可靠性之間的權衡。幾位工程師描述了既能保持低延遲又能保持高可靠性的複雜軟體方法。一種特別有趣的方法使用兩個時間常數——一個用於確定改變狀態所需的連續樣本數量,另一個用於在狀態改變後暫時忽略後續輸入。這種方法允許系統快速註冊按鈕按壓,同時仍然過濾掉抖動,建立一個響應迅速且穩定的介面。

「我做的事情非常相似,但使用兩個時間常數。一個用於確定需要多少個連續樣本才能從已建立的狀態改變,另一個,如這裡所建議的,在註冊狀態改變後暫時忽略後續輸入,以允許在返回到接收狀態之前進行抖動。透過精心選擇的常數,我發現與上述相似的行為;同時實現低延遲和高效能。」

超越機械抖動的環境考慮因素

雖然該庫關注的是機械抖動模式,但工程師們強調,實際實施必須考慮額外的環境因素。幾位評論者指出,電磁干擾(EMI)帶來的挑戰超出了機械抖動,特別是在開關連線到有效充當天線的長導線的系統中。這凸顯了綜合方法的重要性,這些方法既能解決機械抖動又能解決電氣噪聲。一位工程師分享了一個軼事,講述了一位同事成功地建造了一個系統,該系統結合了多千瓦電弧燈和具有敏感電子裝置的 CCD 陣列,證明即使是極端的 EMI 挑戰也可以透過適當的技術克服。

一個簡單問題的複雜性

儘管一些工程師將去抖動描述為微不足道的問題,但討論表明它仍然是嵌入式系統中常見的缺陷來源。正如一位評論者所指出的,不正確的去抖動是嵌入式系統中最常見(通常極其明顯)的缺陷。庫的詳細軌跡顯示了原因——開關看似簡單的開/關行為實際上涉及複雜、混亂的轉換,這些轉換在開關型別之間甚至在同一開關的不同驅動之間存在顯著差異。這種複雜性進一步增加了這一觀察結果:測量裝置本身(具有 50-60 pF 的輸入電容)可能平滑了一些轉換,這意味著實際的微控制器輸入可能會看到更加混亂的行為。

圍繞這個開關抖動庫的討論表明,即使是看似基本的電子元件也需要深思熟慮的工程方法。無論是實施硬體濾波器、軟體演算法還是兩者的結合,理解開關的物理行為對於建立可靠的電子介面仍然至關重要。

參考:Switch bouncing traces