电子设计教程3：按键滤波电路

分手后的思念是犯贱 2023-07-03 04:58 42阅读 0赞

这是RC低通滤波器的应用。电路板上常见的机械接触式按键，在按下或者松开的过程中，常常会产生不稳定的信号，如下图所示，杂波过程一般持续10ms-20ms，毛刺的频率一般超过10KHz。下图是一款机械自锁按键开关瞬间产生的杂波  
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为了过滤掉杂波，可以通过单片机程序滤波或者通过硬件滤波电路进行滤波。单片机程序滤波的基本原理是：单片机检测到低电平后，延时若干毫秒，再检测一次，如果还是低电平，则确定是按键按下。一般情况下，为了给单片机一个确定的，干净的信号，往往采用单片机程序滤波与硬件滤波电路结合的方式进行滤波，其中硬件滤波电路常用RC滤波电路。  
  设计一个按键滤波电路如下图，滤除按键在开关瞬间产生的杂波。  
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在此电路中需要保留的信号频率极低，假设1秒钟开关状态切换一次，则频率只有0.5Hz；需要滤除的噪声频率大于10KHz。一般来说，需要被抑制的频率至少是截止频率两倍。令  
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  得  
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  电阻与电容的取值范围非常大。但是如果电阻与电容的乘积太大，会导致充放电时间变得很长。取电阻为100KΩ，电容为100nF（大电容价格很贵，实际应用中考虑成本，应尽可能选择小电容大电阻），可以算出截止频率是15.915Hz，时间常数为10ms。在10ms内电压可以上升或下降63%，对于机械按键来说，速度是足够的。

然后结合分压电路来分析RC滤波电路对于信号与噪声各自的影响。对于频率为0.5Hz的信号，电容的容抗为3.183MΩ，输出信号占输入信号的比例为3.183MΩ/(3.183MΩ+0.1MΩ)=97%，几乎没有影响；对于频率为10KHz的噪声，电容的容抗为15.9Ω，噪声占输入信号的比例为15.9/(15.9+100000)=0.2%，几乎全部滤除。

通常滤波器会提供一个频率与响应的关系图，从图中可以很容易找到某个对于某个频率，功率减小多少dB。例如下图15.9Hz大约对应-3dB。  
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