DE2647710A1

DE2647710A1 - Schaltung zur unterdrueckung unerwuenschter elektrischer impulse

Info

Publication number: DE2647710A1
Application number: DE19762647710
Authority: DE
Inventors: John H Tomlinson
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-12-18
Filing date: 1976-10-21
Publication date: 1977-06-30
Also published as: JPS5276863A; US4005316A; CA1073521A; IT1074445B

Description

Schaltung zur Unterdrückung unerwünschter elektrischer Impulse

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, die auf die Änderung im Zustand eines Schalters anspricht, um unerwünschte elektrische Impulse zu unterdrücken, die dem Schalterkontaktöffnen und -schließen zugeordnet sind.

Es ist üblich, insbesondere im Fall der Prozeß- oder Anlagensteuerung, mechanische oder elektromechanisch^ Schalter zu verwenden, um eine Eingangsinformation für Datenverarbeitungssysteme zu erzeugen. Bekanntlich schließen Schalterkontakte in einer Schwenkbewegung nicht vollständig, was als "Prellen" bezeichnet wird, und öffnen gewöhnlich nicht vollständig in

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einer Schwenkbewegung, was als "Rattern" oder ebenfalls als "Prellen" bezeichnet wird. Wenn die Kontakte schließen und prellen und wenn die Kontakte öffnen und prellen werden dem primären Ein-Aus-Signal unerwünschte sekundäre Signal Schwankungen überlagert. Diese sekundären Signalschwankungen, die auch als Rauschen, Schalteinschwingvorgänge oder Schaltstöße bezeichnet werden, können eine Größe haben, die gleich der des primären Signals ist, und können durch das Datenverarbeitungssystem unkorrekt interpretiert werden, wodurch ein unerwünschter Steuervorgang ausgelöst oder eine unkorrekte Anzeige über den Anlagenzustand geliefert wird.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren und Geräte zum Trennen einer Datenverarbeitungsanlage von Schalteinschwingvorgängen und Schaltstößen vorgeschlagen worden. Solche Geräte können als "Schalterentpreller" bezeichnet werden. In ihrer grundlegendsten Form sind die herkömmlichen Schalterentpreller passive Einrichtungen und bestehen lediglich aus einem Filterkreis, der zwischen den Schalterkontakten und der Anlage angeordnet ist, die den Schalterzustand als Eingangsinformation benutzt. Solche Filterkreise, die lediglich aus einem Überbrückungskondensator bestehen oder eine komplexere Form eines Tiefpaßfilters enthalten können, verursachen große unerwünschte Zeitverzögerungen zwischen dem Schließen des Schalters und dem Anlegen eines Signals an die darauf ansprechende Anlage. Es ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, Multivibrator— schaltungen zu benutzen, die zwischen den Schalterkontakten und

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der Verbraucheranlage angeordnet sind, um das Kontaktrauschen von der elektronischen Belastung zu trennen. Die herkömmlichen "aktiven" Schalterentpreller, bei welchen Multivibratoren benutzt werden, um eine Information über eine Schalterzustandsänderung mit einer Belastung zu koppeln, sind durch eine Anzahl von inneren Mangeln gekennzeichnet. Die herkömmlichen Schalterentpreiler der aktiven Bauart sind deshalb für eine Verwendung in Verbindung mit einpoligen Ein- und Ausschaltern ungeeignet, benötigen für ihren Betrieb mehrere Spannungsquellen und es ist nicht möglich, ihre Ausgänge mit einem gemeinsamen Informationsübertragungsweg zu verbinden.

Die Erfindung überwindet die oben kurz dargelegten und weitere Mängel und Nachteile des Standes der Technik durch Schaffung eines neuen und verbesserten Schalterentprellers. Ein Schalterentpreller, d.h. eine Kopplungsschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie nur eine einzige veränderliche Spannungsquelle für ihren Betrieb benötigt. Der Entpreller nach der Erfindung ist weiter durch einen Ausgang gekennzeichnet, der in einen Zustand hoher Impedanz umgeschaltet ist, wenn seine Ausgangsabschaltkontakte in dem geöffneten Zustand sind. Die Schaffung eines Ausgangs mit hoher Impedanz gestattet, mehrere Schalterentpreller mit einem gemeinsamen Informationsübertragungsweg zu koppeln.

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Ein Schalterentpreller nach der Erfindung enthält einen Doppel-Schmitt-Trigger in Kaskadenschaltung, wobei der Ausgang der ersten Triggerstufe über einen Kondensator an den Eingang geklemmt ist. Die erste Triggerstufe wird erst "zünden", wenn sich der Klemmkondensator auf das Triggerpotential aufgeladen hat, und die Schaltungskonstanten sind so gewählt, daß das erst erfolgt, wenn sich das Eingangssignal stabilisiert hat. Jede Stufe des Doppel-Schmitt-Triggers ist mit einem Schwellenwerthysteresewiderstand versehen, der sicherstellt, daß das Abschalten im Anschluß an das Öffnen der Eingangsschalterkontakte erst erfolgt, wenn die Schalteinschwingvorgänge oder Schaltstöße wenigstens auf einen zulässigen Wert abgenommen haben, d.h. nachdem das Schalterprellen aufgehört hat, wobei in diesem Zeitpunkt der Klemmkondensator unter den Auslösepunkt entladen wird und der Doppel-Schmitt-Trigger in seinen Anfangszustand zurückkehrt und auf diese Weise an seiner Ausgangsklemme eine hohe Impedanz darstellt.

Die Erfindung schafft also eine Schaltung, die auf eine Änderung in dem Zustand eines Schalters anspricht, um unerwünschte elektrische Impulse zu unterdrücken, die dem Schalterkontakt öffnen und -schließen zugeordnet sind. Die Unterdrückungsschaltung enthält einen Doppel-Schmitt-Trigger, dessen einzelne Triggerschaltungen in Reihe geschaltet sind. Der Eingang der ersten Triggerstufe ist an einen ersten Ausgang der ersten Triggerstufe geklemmt, um das Zünden der Triggerschaltungen zu verzögern, bis Schalteinschwingvorgänge oder Schaltstöße

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nachgelassen haben. Der Doppel-Schmitt-Trigger ist mit einem Ausgangsabschalteingang versehen, wodurch Ausgänge der in Reihe geschalteten Triggerschaltungen veranlaßt werden, einen Zustand hohen Widerstandes anzunehmen, was gestattet, mehrere Unterdrückungsschaltungen zwischen Eingangsschalter und einen gemeinsamen Informationsübertragungsweg zu schalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Funktionsschaltbild eines Schalterentprellers nach der Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform dient dem Zweck, eine Information, die dem Schließen irgendeines der Schalter SW-1 , SW-2 und SW-N angepaßt ist, mit einem Leiter 10 eines gemeinsamen Informationsübertragungsweges zu koppeln. Für diesen Zweck werden in der Schaltung Doppel-Schmitt-Trigger 12, 14 und 16 verwendet, die zwischen den Eingangsschaltern SW-1 bzw. SW-2 bzw. SW-N und dem Übertragungswegleiter 10 angeordnet sind. Die Doppel-Schmitt-Trigger können, beispielsweise, integrierte Schaltungen des Typs MC14583 enthalten, die von der Fa. Motorola Semiconductors, Phoenix, Arizona, V. St.A. erhältlich sind. Der Doppel-Schmitt-Trigger 12 ist in der Zeichnung in Form eines Funktionsplans dargestellt und es ist ohne weiteres klar, daß jede Schmitt Triggei—Stufe des Schmitt-Triggers 12 funktional unabhängig ist,

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mit Ausnahme eines gemeinsamen 3-Zustands-Eingangs und eines innengeschalteten Antivalenzausganges. Gemäß der Erfindung wird der Antivalenzausgang nicht verwendet, und in der beschriebenen Ausfuhrungsform ist der A-Ausgang der "ersten" Schmitt-Trigger-Stufe des Doppel-Schmitt-Triggers ist mit dem Eingang der "zweiten" Schmitt-Trigger-Stufe gekoppelt. Die Doppel-Schmitt-Trigger 12, 14 und 16 haben jeweils einen "Ausgangsabschalt"-Eingang. Bei Nichtvorhandensein eines an den Ausgangsabschalteingang des Doppel-Schmitt-T riggers angelegten Signals mit dem Wert "1" haben ungeachtet des Zustands des anderen Eingangs des Doppel-Schmitt-Triggers seine A- und B-Ausgänge beide einen hohen Widerstand. Umgekehrt, wenn ein Signal mit dem Wert "1", d.h. eine positive Spannung an dem Ausgangsabschalteingang des Doppel-Schmitt-Triggers anliegt, "schaltet" der B-Ausgang in einen Signalzustand um, der dem Α-Eingang des Doppel-Schmitt-Triggers angepaßt ist, d.h. bei einem Signal mit dem Wert "1" an dem Ausgangsabschalteingang des Doppel— Schmitt-Triggers wird der B-Ausgang entweder in dem Zustand "1" oder in dem Zustand "0" sein, je nach dem Zustand des Eingangsschalters, der mit dem A-Eingang des Doppel-Schmitt-T riggers gekoppelt ist.

Die Doppel-Schmitt-Trigger 12, 14 und 16 sind jeweils zwischen ihrem Α-Ausgang und ihrem Α-Eingang mit einem Klemmkondensator versehen. Diese Klemmkondensatoren sind mit C bzw. C bzw. C bezeichnet. Außerdem enthält jede Stufe jedes Doppel-Schmitt-Triggers einen Schwellenwerthysteresewiderstand, der die Differenz zwischen den

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Auf-Ab -Auslösewerten des Schmitt-Triggers einstellt. Diese Hysteresewiderstände sind in dem Doppel-Schmitt-Trigger 12 mit R1 und R2 bezeichnet. Außerdem ist jeder der Ausgangsabschalteingänge der Doppel-Schmitt-Trigger mit Widerständen versehen, die mit Masse verbunden sind, um zu verhindern, daß die Ausgangsabschalteingänge festpunktlos sind, wenn kein Signal mit dem Wert "1" daran angelegt ist. Diese Widerstände, die für die Doppel-Schmitt-Trigger 12, 14 und 16 mit R3 bzw. R4 bzw. R5 bezeichnet sind, haben einen vergleichsweise hohen Widerstand. Die Eingangssignale mit dem Wert "1", die an die Ausgangsabschalteingänge der Doppel-Schmitt-Trigger angelegt werden, werden einem Schalter SW-3 mit mehreren Stellungen entnommen, der den Ausgangsabschalteingang von jedem der Doppel-Schmitt-Trigger wahlweise mit einer positiven Spannungsquelle koppelt. Diese positive Spannungsquelle, die mit V bezeichnet ist, kann dieselbe Versorgungsgleichspannungsquelle sein, die für den Betrieb der Schmitt-Trigger verwendet wird.

Unter der Annahme, daß der Schalter SW-3 in der gezeigten Stellung ist, bieten im Betrieb die Doppel-Schmitt-Trigger 14 und 16 dem gemeinsamen Informationsübertragungsweg 10 hohe Widerstände dar und es wird ein Signal mit dem Wert "1" an den Ausgangsabschalteingang des Doppel-Schmitt-Triggers 12 angelegt. Bei dem Schließen des Schalters SW-1 werden infolge Kontaktprellens Schaltstöße erzeugt, die sich dem primären "Ein"-Signal überlagern. Das "Ein"-Signal

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ist das positive Potential, das an dem Α-Eingang des Doppel-Schmitt-Triggers 12 liegt. Das angelegte Eingangssignal beginnt, den Kondensator C. aufzuladen, und die Spannung an dem Α-Eingang des Doppel-Schmitt-Triggers 12 steigt exponentiell an, bis sie den Triggerwert des Doppel-Schmitt-Triggers 12 erreicht. Wenn die Eingangsspannung den Triggerwert erreicht, wird die erste Stufe des Doppel-Schmitt-Triggers zünden und die A -Spannung wird sofort auf den Wert der Versorgungsspannung V ansteigen. Das wiederum bewirkt, daß die Eingangsspannung schlagartig ansteigt und dadurch den A -Eingang oberhalb des Triggerwerts hält, bis das Prellen der Schalterkontakte beendet ist. Das Zünden der ersten Stufe des Doppel-Schmitt-Triggers veranlaßt das Umschalten der zweiten Stufe des Doppel-Schmitt-Triggers, wodurch die B -Klemme dem Informationsübertragungsweg 10 ein Signal, das der Versorgungsspannung V angepaßt ist, unmittelbar nach dem Zünden der ersten Stufe des Doppel-Schmitt-T riggers liefert.

Wenn der Schalter SW-1 geöffnet ist, hält der Kondensator C die Eingangsspannung an der Klemme Ap_IN oberhalb des Triggerwerts, bis das Schalterprellen beendet ist. Der Kondensator C wird über Eingangswiderstände RS, R7 nach Masse entladen. Wenn die Eingangsspannung unter den Triggerwert abfällt, schaltet der Doppel-Schmitt-Trigger in seinen Anfangszustand zurück und die Klemme A wird sofort den Massesignalwert annehmen. Wenn die erste Stufe des Doppel-

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Schmitt-Triggers infolge der Entladung des Kondensators C. in ihren Anfangszustand zurückschaltet, kehrt der B-Ausgang ebenfalls in seinen Anfangszustand zurück, bei welchem es sich im wesentlichen um Massepotential handelt, und das Signal mit dem Wert "1" wird von dem Übertragungsweg 10 entfernt.

Die Doppel-Schmitt-Trigger 14 und 16 arbeiten in derselben Weise wie der Doppel-Schmitt—Trigger 12 und sind mit Eingangswiderständen R8, R9 bzw. RIO, R11 versehen, die einen Entladungsweg für die Klemmkondensatoren bilden.

Ein Schalterentpreller nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil, komplementäre Ausgänge zu haben, beispielsweise in Form der Ausgänge A und A der ersten Stufe des

Doppel-Schmitt-Triggers 12. Solche komplementären Ausgänge sind häufig erwünscht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Ausgänge der Doppel-Schmitt-Trigger, die nicht auf den Zustand hohen Widerstandes umgeschaltet werden, d.h. die Ausgänge A und B, als kontinuierliche gültige Ausgänge benutzt werden können, während die Ausgänge A und B der Doppel-Schmitt-Trigger von dem gültigen Zustand in den Zustand hohen Widerstandes umgeschaltet werden können. Wie oben angegeben, kann durch Verwendung des Wählschalters SW-3 irgendein Eingang ausgewählt werden, während sämtliche anderen Entpreller oder Kopplungsschaltungen in dem Ausgangszustand hohen Widerstands sind und deshalb nicht auf den gemeinsamen Informationsübertragungsweg 10 einwirken können.

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Claims

Patentansp rüche :

ίΐ,. Schaltung, die auf die Änderung in dem Zustand eines Schalters anspricht, um unerwünschte elektrische Impulse zu unterdrücken, die dem Schalterkontaktoffhen und -schließen zugeordnet sind, gekennzeichnet durch:

einen Doppel-Schmitt-T rigger, der zwei in Reihe geschaltete Schmitt-Triggerschaltungen enthält, die jeweils eine Eingangsklemme und zwei Ausgangsklemmen haben, wobei ein erster Ausgang jeder Trtggerschaltung in der Lage ist, einen von zwei Signalzuständen oder einen Zustand hohen Widerstandes anzunehmen, und wobei der Doppel-Schmitt-Trigger einen Ausgangsabschalteingang hat, der benutzt werden kann, um die ersten Ausgänge der Triggerschaltungen zu veranlassen, den Zustand hohen Widerstandes anzunehmen;

durch eine Einrichtung, die ein dem Zustand eines Schalters angepaßtes Signal der Eingangsklemme der ersten der in Reihe geschalteten Triggerschaltungen des Doppel-Schmitt-Triggers zuführt;

durch eine Einrichtung, die die erste Ausgangsklemme der zweiten Triggerschaltung der in Reihe geschalteten Triggerschaltungen des Doppel-Schmitt-Triggers mit einem Informations— abgabeubertragungsweg verbindet;

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durch eine Einrichtung, die die zweite Ausgangsklemme der ersten Triggerschaltung an die Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung klemmt; und

durch eine Einrichtung zum Erzeugen und zum wahlweisen Anlegen eines Signals an den Ausgangsabschalteingang des Doppel-Schmitt—Triggers, wodurch letzterer an den Informationsausgangsübertragungsweg entweder ein Logiksignal anlegt, das dem der Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung zugeführten Signal angepaßt ist, oder dem Übertragungsweg einen hohen Widerstand darbietet-
2. Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung eine Einrichtung enthält, die die Eingangsklemme und die zweite Ausgangsklemme der ersten Triggerschaltung des Doppel-Schmitt-Triggers koppelt, wodurch das Zünden der ersten Triggerschaltung verzögert wird, bis das Eingangssignal, das dem Zustand eines Schalters angepaßt ist, sich im Anschluß an eine Änderung in dem Signal stabilisiert hat.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen und wahlweisen Anlegen eines Signals an den Ausgangsabschalteingang des Doppel-Schmitt—Triggers enthält: eine Einrichtung zum Erzeugen einer Freigabevorspannung und eine Schalteranordnung zum wahlweisen Koppeln der Freigabevorspannung mit dem Ausgangsabschalteingang

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des Doppel-Schmitt-Triggers, wobei die Triggerschaltungen des Doppel-Schmitt-Triggers den Zustand annehmen, in welchem die ersten Ausgangsklemmen bei Nichtvorhandensein des Freigabevorspannungssignals einen hohen Widerstand darbieten.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltungen jeweils zwei Komplementärlogikausgangsklemmen haben und daß eine zweite Ausgangsklemme dieser Ausgangsklemmen der ersten Triggerschaltung mit der Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung gekoppelt ist und daß die erste der Ausgangsklemmen der ersten Triggerschaltung mit der Eingangsklemme der zweiten Triggerschaltung der in Reihe geschalteten Trigger— schaltungen verbunden ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, bei welcher ein Signal, das dem Zustand mindestens eines zweiten Schalters angepaßt ist, wahlweise mit dem Informationsausgangsübertragungsweg zu koppeln ist, gekennzeichnet durch:

einen zweiten Doppel-Schmitt-Trigger, der zwei in Reihe geschaltete Schmitt-Triggerschaltungen enthält, die jeweils ein Paar Komplementärlogikausgangsklemmen und eine Eingangsklemme haben, wobei eine erste der Ausgangsklemmen einen von zwei Logikzuständen oder einen Zustand hohen Widerstandes annimmt und wobei der zweite Doppel-Schmitt-Trigger einen Ausgangsabschalteingang hat, der benutzt werden

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kann, um die erste Ausgangsklemme der Triggerschaltungen zu veranlassen, den Zustand hohen Widerstandes anzunehmen;

eine Einrichtung, die der Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung des Doppel-Schmitt-Triggers ein Signal liefert, das dem Zustand eines zweiten Schalters angepaßt ist;

durch eine Einrichtung zum Verbinden der ersten Ausgangsklemme der zweiten Triggerschaltung des zweiten Doppel-Schmitt-Triggers mit dem Informationsausgangsübertragungsweg;

durch eine Einrichtung zum Klemmen der zweiten Ausgangsklemme der ersten Triggerschaltung des zweiten Doppel-Schmitt-Triggers an die Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung des zweiten Doppel-Schmitt-Triggers; und

durch eine Einrichtung zum Koppeln von Signalen, die von der Erzeugungseinrichtung geliefert werden, mit dem Ausgangsabschalteingang des zweiten Doppel-Schmitt-Triggers, wodurch die zweite Triggerschaltung an den Infomnationsausgangsübertragungsweg ein Logiksignal anlegt, das dem Signal angepaßt ist, welches zu der Eingangsklemme der ersten Triggerschaltung des zweiten Doppel-Schmitt-Triggers geliefert wird, oder dem Informationsausgangsübertragungsweg einen hohen Widerstand darbietet.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen und wahlweisen Anlegen eines

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Ausgangsabschaltsignals enthält: eine Einrichtung zum Erzeugen einer Freigabevorspannung und eine Schalteranordnung zum wahlweisen Koppeln der Freigabevorspannung entweder mit dem Ausgangsabschalteingang des ersten Doppel—Schmitt-Triggers oder mit der Kopplungseinrichtung, wobei die Triggerschaltungen des Doppel-Schmitt-Triggers wahlweise den Zustand annehmen, in welchem bei Nichtvorhandensein des Freigabevorspannungssignals die ersten Ausgangsklemmen dem Ausgangsübertragungsweg einen hohen Widerstand darbieten.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtungen jeweils enthalten: eine Einrichtung, die die Eingangsklemme und die zweite Ausgangsklemme der ersten Triggerschaltung des Doppel-Schmitt-Triggers kapazitiv koppelt, wodurch das Zünden der ersten Triggerschaltung verzögert wird, bis das dem Zustand eines Schalters angepaßte Eingangssignal sich im Anschluß an eine Änderung in dem Signal stabilisiert hat.

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