开关可以做一些非常奇怪的事情。大多数工程师在将开关或继电器连接到数字系统后不久就知道了这个肮脏的小秘密。在数字系统的时间尺度上，开关不能完全闭合。相反，由于使用年限、操作惯性、机械设计和开关接触面的微观条件等因素的影响，典型的开关在打开或关闭所需的数十毫秒内会进行多次转换。这种行为通常被称为“开关反弹”，是生活中不可避免的事实。

在将标准开关连接到数字计数电路后，您可以观察到打开和关闭时的几个计数(图1和2)。这种不稳定的动作可能会对数据造成严重破坏，因为计数的确切数量不一定会长期重复。开关弹跳在单位与单位之间、批次与批次之间，甚至在单个开关的使用寿命期间都是不一致的。薄膜开关和其他一些类型的开关在新的时候不会反弹，但所有的机械开关有时都会反弹。没有什么能保证另一个相同类型的开关会以同样的方式工作，或者一个特定的开关在老化后不会反弹。

除了弹跳，开关和数字系统还有其他令人讨厌的习惯。例如，当您在嘈杂的工业环境中运行开关接线时，会发生奇怪的事情。根据定义，开路开关具有高阻抗，因此干扰信号具有易于工作的负载。任何与开关接线电容性或电感性耦合的噪声脉冲都可能导致幻像开关闭合。

想象一种被称为可编程逻辑控制器(PLC)的专用工业计算机，它通过一个巨大的继电器控制电机。放置在电机附近的限位开关向PLC上的数字输入提供位置反馈。当PLC告诉电机启动时，流到继电器和电机的电流浪涌可以在长接线运行中耦合到其他导体，引起地反弹或数字输入中的电容耦合尖峰。

如果设计不当，PLC可以将此尖峰解释为过早关闭开关并关闭操作。当PLC关闭负载时，由于接线电容，接线电感以及继电器和电机的感应踢腿的影响，也会发生类似的事情。如果PLC及其数字输入设计不当，这些尖峰和瞬态可能会导致数字输入出现错误。

家庭、办公室和工业中使用的数字和输入设备会受到过电压、电压瞬变和ESD冲击的影响。过电压是由于接线不当、各种故障情况、电源顺序(一个断电的盒子接另一个断电的盒子，即使是暂时的)造成的。电压瞬态通常与电容或电感耦合尖峰相关联，如上所述。在安装过程中，静电会损坏连接器、话务台和端子排。如果系统闭锁，这些瞬态中的任何一个都可能造成破坏。如果不是破坏性的，它们可能导致CPU复位、看门狗溢出和其他类型的不稳定操作。

系统设计师应该意识到这些问题以及解决这些问题的方法。这种接口问题的解决方案之一是一系列新的集成电路。这些ic (MAX6816/6817/6818单/双/八进制开关脱纹器)采用低成本、易于使用的配置，提供万无一失、无需软件的脱纹，以及过电压和ESD保护。本文重点介绍了IC开关除杂器的应用，同时描述了阻止过电压、电压/电流尖峰、开关反弹和ESD的经典方法。

开关反弹

如果被问到这个问题，大多数工程师会说，开关在软件中是有脱扣的，而且脱扣“没有问题”。如果你对细节有适当的关注，这两个假设都是正确的。软件脱线处理弹跳，但它不能解决过电压、ESD或其他瞬变的问题。

用电阻器和电容器进行脱波也是可能的。一般来说，你需要一个上拉电阻，一个电阻和一个串联的电容器，一个电阻到施密特触发缓冲器的输入，(通常)一个二极管，以确保电容器充电不会在断电期间迫使大量电流通过缓冲器的输入保护网络。对于多输入系统，结果的部件计数可能非常笨拙(图3)，因此将不详细介绍此方法。

目前使用的主要方法是软件解封。一个好的解调程序实际上是实时软件，作为一个简单的低通数字滤波器。非开关数字输入通常也通过脱杂滤波器路由。该技术可以通过在报告输入打开或关闭之前确保稳定状态来消除输入处的短暂瞬变。

下面的伪代码演示了针对一个输入的软件剥离例程。如果泛化例程并使用基于指针的变量等，它可以容纳多个输入。尽管充其量只是一种平庸的方法，但尽管存在下面讨论的问题和缺陷，这种类型的例程还是经常被使用。

这个例程否定开关闭包，但即使在开关弹跳时，它也会接受打开状态作为合法状态。虽然不是故意的，但这种不对称操作在键盘和其他对闭包而不是打开采取操作的系统中是可以接受的。对于通用输入，您应该对两边都进行脱边处理。

另一个缺点是，这个例程假设开关处于打开状态(如果没有关闭)，从而忽略了开关不稳定的第三种状态(仍然弹跳)。因此，一个更好的例程应该报告最后一个非弹跳状态，直到交换机到达一个新的弹跳状态。然而，这个操作也可能导致问题。在这种情况下，软件应该识别第三种“变化”状态。

许多debounce例程重复采样输入，等待它在预先安排的采样次数中保持相同的状态。如果交换机在此时间间隔内改变状态，则例程将以同样的方式测试新状态的稳定性。此操作可能导致大量延迟，从而消耗大量CPU时间。作为一种极端情况，将高频应用于其通用输入端口之一的PLC(无论是无意的，有意的还是由于故障)将完全挂起处理器。看门狗计时器可能会使处理器恢复工作，但这个问题会无限期地重复出现;这不是一个稳健的设计。此外，您需要大量的RAM和代码来解析具有大量输入的大型工业系统，例如PLC或通用输入板。每个输入需要一个闭合计数器、一个打开计数器和2位来定义其状态。

瞬态和ESD抑制

防止静电放电的标准方法是在每个外部输入端使用暂态抑制器或MOV器件。例如，四边形和八边形TransZorbs 是一种简单且相对便宜的设备，可以减少杂波和占用空间的要求，但必须注意避免故障电流的交叉耦合。这种方法在工业和汽车系统中很常见，工程师们明白忽略这种保护的危险。

一个好的做法是将220欧姆电阻串联到端口输入设备的V(CC)线。一个常见的CMOS输入器件，如八进制74HC244或74HC573，例如，吸收很小的电流。如果锁存，220欧姆电阻将电流和功耗限制在安全水平。不过，电力循环仍然是必要的。一般来说，你不应该将微控制器的端口引脚直接连接到外部输入。锁定是一个问题，但评级EMI可能更糟。

因为一个零件不能锁存，除非有足够的电流注入它的一个引脚，一些设计师认为，电阻串联CMOS数字输入防止这些问题。事实上，现代CMOS ic中可控硅锁存的阈值可以超过50mA。这种高电流阈值(下一节将介绍)实际上在某种程度上防止过电压，但对ESD不一定有效。15kV的ESD冲击可以通过寄生路径和电阻周围产生显著的电流，甚至可以通过100K欧姆产生大电流。

过电压保护装置

过压保护使系统能够承受超出轨道的连续和长期瞬态输入。作为一个例子，没有施加V(CC)的IC有来自外部源的24V施加到输入。这种施加的电压经常“反向驱动”保护网络，迫使电压进入系统内的电源轨道。一种有效的对抗措施是在输入端串联一个电阻，对绑在轨道上的保护二极管起作用。还应考虑在输入端口的V(CC)轨道上安装齐纳二极管。为了确保保护电路在最坏的情况下不会失效，您应该计算该齐纳和串联输入电阻的最大功耗。

MAX6816、MAX6817、MAX6818开关除开关

几年前，Maxim的工程师发现需要一种简单的接口设备，能够在断开开关的同时保护开关免受ESD和过电压的影响。一些客户使用像MAX811这样的μ p监控ic的手动复位输入只是为了获得SOT-23封装中的单通道脱标功能。其他公司则使用防静电RS-232收发器作为通用数字输入设备。客户被RS-232 ic所吸引，因为它们可以在承受高压和ESD的同时处理低压转换。综上所述，Maxim生产了一系列开关除杂器，这些除杂器具有ESD保护和强大的输入特性(图4和5)。

MAX6816和MAX6817

MAX6816是4引脚SOT-23封装中的单开关脱壳器，MAX6817是6引脚SOT-23封装中的双开关脱壳器。它们提供脱波逻辑和数字滤波器，输入过压保护到±25V, ESD保护到±15kV，适用于恶劣的工业环境。在2.7V至5.5V的单电源电压范围内工作，它们的典型电源电流仅为6µA。它们还提供欠压锁定电路，确保上电时正确的输出状态。由于每个输入端的专有esd保护结构包括过压箝位二极管和63k欧姆上拉电阻，因此这些ic提供了与开关的直接接口，而无需外部组件。它们的名义脱脱延迟(40ms±20ms)掩盖了即使是最丑的开关也会产生的反弹(图6)。

MAX6818

MAX6818八进制开关脱扣器是为数据总线接口设计的(图7)。它监控8个开关，除了提供单和双部件的脱扣和输入保护功能外，还提供状态变化输出(Active-low CH)和三态数据总线输出。特别是，它的Active-low CH输出大大简化了µp的轮询和中断。每次系统读取数据输出时(通过驱动Active-low EN low)， IC将Active-low CH high复位。当任何输入改变状态时，激活-低CH随之变低。MAX6818引脚兼容74HC573和其他标准的20引脚八进制逻辑器件。它可以轻松处理多个输入。

图7 在典型应用中，MAX6818数据输出保持三状态，直到Active-low EN被拉低。变化输出(Active-low CH)在每次读取后复位为高，在任何输入处的状态变化后复位为低。它既可以由系统轮询，也可以绑定到中断，如下所示。

MAX6816, MAX6817和MAX6818开关除纹器解决了与数字系统连接到噪声，瞬变，“弹跳”输入相关的多个问题。它们通过简化设计、减少CPU时间和开销以及替换多个无源组件，使系统更加健壮和可靠。