КМОП-схемы антидребезга с защитой от статики
Журнал «Chip News» №3 2002 г.
Ракович Н.Н.
Каждый, кто работал с механическими переключателями, кнопками и т.п. атрибутикой, подключаемой к электронике, знает, сколько неприятностей доставляет "дребезг" механики. Чтобы избавиться от этих "прелестей", разработчикам приходилось и приходится применять различные схемы подавления "дребезга" контактов: от транзисторных (еще не забыли?) до микросхемных. Появление КМОП ИС антидребезга облегчило жизнь (просто, со вкусом плюс малое потребление плюс небольшие напряжения питания), но добавило свою проблему - статику (если никто не тыкал пальцем в Вашу микросхему и ненавязчиво не выводил ее из строя, то Вам здорово повезло). С этой проблемой тоже можно и нужно бороться, но возникает вопрос: как долго?
Поскольку жизнь (а вместе с ней наука и производство) не стоит на месте, то вопрос "как долго?" можно считать закрытым с появлением КМОП микросхем со встроенной защитой от статического электричества. В качестве яркого примера таких ИС рассмотрим серию МАХ681х фирмы MAXIM (отнюдь не последний по значимости изготовитель электронных компонентов).
Серия МАХ681х представлена тремя микросхемами МАХ6816/ МАХ6817/ МАХ6818 (с возможностью подключения одной/двух/восьми кнопок), которые являются практически идеальным средством подключения механических переключателей (в дальнейшем - ключ) к цифровым системам (микроконтроллеры, промышленные приборы, портативные приборы, автомобильные системы, мембранная клавиатура и т.д. и т.д.).
Теперь - более серьезно. На вход ИС МАХ681х поступает сигнал с механического переключателя (любого типа - нормально разомкнутого или нормально замкнутого), а на выходе после короткой предустановленной задержки формируется четкий цифровой сигнал. Уровень входного сигнала составляет ±25В, а защита от статического электричества ±15 кВ позволяет применять эту серию в жестких промышленных условиях. Напряжение питания может меняться в диапазоне от +2,7 В до +5,5 В, а схема блокировки при пропадании напряжения сохраняет правильное состояние на выходе до появления питания.
Микросхемы МАХ6816 и МАХ6817 выпускаются в корпусе SOT и для их подключения не нужна внешняя "обвязка" (типовая схема включения на 1). Если к этому добавить малое потребление, то видно, что эти ИС отлично подходят для использования в портативном (носимом, мобильном и т.п.) оборудовании.
1.Типовая схема включения ИС серии МАХ681х.
Основное назначение МАХ6818 - интерфейс шины данных. ИС постоянно проверяет входные ключи и при изменении их состояния вырабатывает сигнал изменения состояния (СН), что значительно упрощает формирование опроса микроконтроллером. Кроме этого, в МАХ6818 реализована возможность управления состоянием выходов (три состояния), совместимость по выводам с LS573 позволяет просто подключаться к шине данных.
Принцип работы
При работе датчиков, имеющих механические или электромеханические контакты (кнопки, клавиши, реле и т.п.), возникает явление, называемое дребезгом. Суть его в том, что при замыкании контактов возможно появление отскока контактов, которое приводит к переходному циклу. При этом сигнал с датчика может быть считан контроллером как случайная последовательность нулей и единиц. Подавить это крайне нежелательное явление можно или аппаратными средствами (буферная схема) или программным путем. Для тех, кому нравятся "навороченные" программы, дальнейшее будет неинтересно.
Микросхемы серии МАХ681х разработаны для подавления дребезга контактов аппаратным способом. Алгоритм работы основан на том, что если состояние на входе остается неизменным в течение заданного времени, то контакт считается устойчиво замкнутым (разомкнутым). Состояние на выходе изменяется через 40 мс.
2.Блок-схема ИС МАХ681х.
Функциональная схема ИС МАХ681х показана на 2. В состав микросхемы входят встроенный генератор, счетчик, схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ и D-триггер. При несовпадении состояний на входе и выходе схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ формирует сигнал сброса счетчика. Если состояние на входе не изменяется в течение заданного периода, то сигнал со счетчика тактирует триггер, тем самым, изменяя выход ИС. Временные диаграммы работы схемы антидребезга на примере МАХ6818 приведены на рисунке 3 (сигнал изменения выхода СН изменяется одновременно с выходами микросхемы).
3.Временные диаграммы работы схемы антидребезга на примере МАХ6818.
Блокировка при пропадании напряжения
При пропадании напряжения (что вы при этом говорите?) всегда возникает проблема определения состояния датчика. Если опрос состояния датчика реализован программным способом, то тут проблемы нет. А вот при аппаратном методе: Чтобы вы никого не вспоминали в такой ситуации, в ИС семейства МАХ681х реализована схема блокировки при пропадании напряжения. При падении напряжения ниже порога (порядка 1,9 В) схема антидребезга остается "прозрачной": состояние механического переключателя появляется на логическом выходе без задержки.
Что имеем на входе
Чтобы пользователь не волновался по поводу слишком большого напряжения на входе, во все микросхемы МАХ681х встроены защитные диоды, которые ограничивают входное напряжение до уровня ±25 В ( 4). Собственно защита от статического электричества позволяет микросхеме выжить в жестких промышленных условиях, при использовании мембранных клавиатур, в портативных устройствах и т.п. Все ИС серии МАХ681х выдерживают ±15 кВ по тесту IEC1000-4-2 Air Gap Discharge Test (разряд через воздушный промежуток) и ±8 кВ по тесту IEC1000-4-2 Contact Discharge Test (контактный разряд).
4.Осциллограммы работы ограничительных диодов и задержки распространения.
Определимся сейчас с входными токами. Поскольку каждый вход нагружен резистором 63 кОм, то при подаче на вход напряжения -25 В от источника будет протекать ток 0,5 мА (примерно 4 мА при восьми входах МАХ6818). Подача на вход напряжения +25 В повлечет протекание обратного тока (к источнику) 0,32 мА (около 2,6 мА для МАХ6818). В этом случае, если ток источника питания будет меньше, чем втекающий ток, то напряжение питания упадет (а что ему остается делать) ниже нормального уровня. В некоторых случаях для система с малым потреблением возможно понадобится включение стабилитрона.
Защита от статики
Хотя защита от статики (на каждый вывод!) реализована во всех приборах фирмы Maxim, но семейство МАХ681х имеет дополнительную защиту от статического электричества. Инженеры фирмы разработали современную структуру защиты от статики во всех состояниях ИС: режим нормальной работы, режим отключения, отключение питания. После воздействия статического электричества микросхемы МАХ681х сохраняют работоспособность, причем эффекта "защелкивания" у них отсутствует, что выгодно отличает их от аналогов.
Проверка системы защиты от статического электричества соответствует следующим пунктам: - ±15 кВ с использованием модели тела человека (Human Body Model);
- ±8 кВ с использованием метода контактного разряда по IEC 1000-4-2;
- ±15 кВ с использованием метода воздушного зазора по IEC 1000-4-2.
Если кого-то заинтересуют подробности этих тестов, пожалуйста, обращайтесь.
Интерфейс МАХ 6818
Микросхема МАХ6818 имеет несколько дополнительных выводов, которые расширяют ее функциональные возможности при работе с микроконтроллерами.
Вход разрешения выхода (простите за тавтологию) (EN) позволяет переключать выходы на шине данных в третье состояние. Кроме этого, определяется изменение состояния на входах и формируется сигнал СН низкого уровню по концу времени задержки. Временные диаграммы этого цикла приведены на 5. Если сигнал разрешения выхода не используется, то подключение вывода EN на "землю" "всегда разрешает" выходы ИС (при этом СН всегда находится в высоком состоянии).
5.Временные диаграммы работы МАХ6818 при работе с микроконтроллером.
Напоследок, краткие данные.
| Напряжение питания | +2,7 В±+6 В | | Ток потребления, не более | 20 мкА | | Напряжение на входе | -30 В±+30 В | | Рассеиваемая мощность (при температуре +70#176;С) | | | 4-выводной SOT143 | 320 мВт | | 6-выводной SOT23 | 691 мВт | | 20-выводной SSOP | 640 мВт | | Диапазон рабочих температур | -40°С±+85°С | | Входной гистерезис | 300 мВ | | Время антидребезга | 40 мс |
И - совсем напоследок. На сайте http://www.rtcs.ru/ появилось много нового, интересного по продукции MAXIM. И - не только.
Источник: rtcs.ruЧитайте далее: Сопряжение матрицы клавиатуры с микроконтроллером. Несколько вариантов., Управление нагрузкой 220В переменного напряжения с использованием симисторов, Подпрограммы умножения и деления для PIC., Телевизор скоро прикажет долго жить!, Технология изготовления печатных плат, Что такое FRAM ?, Описание работы в PIC Simulator, Базовый электронный компонент, POSITIV RESIST в аэрозольной упаковке, Частотомер на PIC16F873 с двух строчным ЖКИ способный измерять частоты, Технология изготовления паяльной маски, Формат WAV-файлов, Цифровые счетчики электрической энергии, Штрихкодирование, RFID (радиочастотная идентификация), Применение микросхемных стабилизаторов серии 142, К142, КР142, Алфавитно-цифровые индицирующие ЖК-модули на основе контроллера HD44780, Программирование портов ввода/вывода LPT и ISA, Диодные мосты. Модели от DF005G до DF10G,
|
