スイッチ デバウンスに関する究極のガイド (パート 2)

このミニシリーズのパート 1 で説明したように、スイッチを操作すると、新しい状態で停止する前に複数回バウンスすることがあります (スイッチの種類とスイッチの用語のコラムも参照してください)。 これは、スイッチの接点が通常、バネ性のある金属でできていることが原因です。 それらが一緒に衝突すると、その勢いと弾力性により、安定して接触する前に 1 回以上バラバラに跳ね返る可能性があります。 話している相手に応じて、これは「スイッチ バウンス」、「コンタクト バウンス」、または「チャタリング」として知られる場合があります。

その結果、スイッチがオンになったとき、またはスイッチがオフになったときにゼロから最大電流へのきれいな移行ではなく、急速なパルス電流が発生します。 スイッチバウンスは、電源回路（壁に取り付けられた照明スイッチなど）のような一部のアプリケーションでは問題になりませんが、オンオフパルスをデータストリームとして誤って解釈するほど高速に応答する論理回路やマイクロコントローラベースのシステムでは問題を引き起こす可能性があります。 。

弾む弾む

スイッチバウンスは、トグルスイッチ、ロッカースイッチ、押しボタンスイッチなど、私たちが一般的に使用するすべてのスイッチで発生します（逆説的に言えば、影響を受けない唯一のスイッチは、水銀チルトスイッチなど、めったに使用しないスイッチだけです）。 また、スイッチが閉じたときと再び開いたときの両方で発生します。 以下に示すように、SPST-NO (単極、単投、常開) トグル スイッチから始めましょう。

SPST-NO トグル スイッチのスイッチ バウンス (画像ソース: Max Maxfield)

場合によっては、バウンスが +ve と 0V の間をずっと通過することがあります。 これらを「クリーンな」バウンスと呼びましょう。

信号が完全に遷移せず、初期値と中間電圧の間を行ったり来たりする場合があります。 これは正式な用語ではありませんが、これらのバウンスを「ダーティ」バウンスと呼びましょう。 また、バウンス タイプがランダムに混在する場合もあります。

各スイッチは独自の方法で動作するため、唯一変わらないのは変化です。 さらに悪いことに、前回のコラムで述べたように、「同じスイッチでも、温度、湿度、時間帯、卓越した風の方向、チェック柄のポリエステル製ゴルフ パンツの色に応じて、その特性が異なる場合があります。」

次に、以下に示すような SPDT (単極双投) トグル スイッチについて考えてみましょう (わかりやすくするために、クリーン バウンスのみを示します)。

SPDT トグル スイッチのスイッチ バウンス (画像ソース: Max Maxfield)

ここでのスイッチは、最も一般的なタイプである「非短絡スイッチ」とも呼ばれるブレーク ビフォア メイク (BBM) カテゴリのものであると仮定していることに注意してください。 スイッチ用語のコラムで説明したように、これは、移動接点が他のスローとの新しい接続を作成する前に、現在のスローとの既存の接続を切断することを意味します。

スイッチ バウンスの場合、これは、最初にどちらかの端子が切断中 (オープン) でバウンスが発生し、その後に短い遅延が発生し、その後にどちらかの端子が切断中 (クローズ) でバウンスが発生することを意味します。

上に示した回路に関して、ロジック 0 = 0V、ロジック 1 = +ve と仮定すると、スイッチが安定状態にあるときは NO 端子と NC 端子が 10 と 01、安定状態では (潜在的に) 11 になることを意味します。 「クリーン」の場合、状態間を遷移するときにバウンスしますが、00 になることはありません。これは重要ですか? SPDT スイッチのソフトウェアでデバウンスを実行することにした場合はそうなるかもしれません (率直に言って、スイッチごとにマイクロコントローラーのピンを 2 つ使用するため、その可能性は低いでしょう。しかし、私たちは不確実な世界に住んでおり、すべてが現実的です。可能）。

うるさい、うるさい

それほど遠くない将来、スイッチ バウンスに対処するためのさまざまな手法について説明する予定です。 心に留めておく必要があることの 1 つは、ノイズの可能性です。ノイズは、(システム内の他のケーブルからの) クロストーク、ケーブル内の電流による EMI (電磁干渉)、RFI (無線周波数干渉) など、さまざまな発生源から発生する可能性があります。信号を放射する無線システムからの影響、誰かがシステムに触れることによる ESD (静電気放電) (「ESD の冒険」も参照)、静電気干渉や雷などの自然原因によるものです。