CN105450203A - 一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法，所述装置包括：开关、输入电路、用于在所述开关信号的触发下，经内部延时后输出延时及脉宽均可调的控制脉冲的延时电路、开关电路以及采样保持电路。本发明通过延时电路及开关电路，在开关信号受干扰时将采样保持电路与开关信号断开，同时在干扰信号结束时恢复采样保持电路与开关信号的连接，避免了普通RC滤波电路所带来的信号延迟，同时对干扰信号的过滤也更为彻底，用于对快速通断的开关信号实施干扰过滤，尤其用于对干扰信号更为敏感的将多个开关进行串并联组合并通过检测开关信号电压值的大小来对闭合的开关进行识别的情形。

Description

一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法

技术领域

本发明属于电子电路设计及电子信号处理领域，特别是涉及一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法。

背景技术

在电子产品中，开关作为一种人机交互手段应用非常普遍。常用的开关多为机械开关，由于机械触点的弹性作用，在其按下和释放过程中，都不可避免会产生抖动，导致开关信号在开关闭合时不会马上稳定地接通，在开关释放时不会立即断开，信号波形会在开关闭合及释放时出现一连串的抖动。通常情况下，手动开关的通断频率大致低于10次/秒，两次开关操作的时间间隔不会低于100毫秒，开关抖动导致的信号抖动时间一般在10毫秒～20毫秒，通过简单的RC滤波可以较好的滤除信号的抖动。但对于类似电鼓这样的通断频率较高的开关信号检测而言，专业鼓手的击打频率可以轻松超过20～30次/秒，两次开关动作的时间间隔可能会低于30～50mS，由于开关信号的间隔时间与抖动导致的干扰信号的持续时间接近，传统的RC滤波电路对这样的干扰信号显得无能为力。另外，对于薄膜开关，由于薄膜的压电效应，在击打薄膜开关时，薄膜震动所产生的压电信号会叠加到开关信号上，使信号干扰更严重。尤其对于将多个开关进行串并联组合并通过检测开关信号电压值的大小来对闭合的开关进行识别的应用，开关信号对所受的干扰变得更加敏感。

在申请号为201320109704.3的实用新型专利中，公开了一种按键防抖电路，通过RC滤波对开关信号进行处理，该按键防抖电路的电路结构如图1所示，其工作原理过程如下：当开关闭合时，电容C0对地短路，电容C0两端的电压因直接对地放电而快速降为0；当开关电路断开时，电容C0经电阻R0充电，电容C0两端电压缓慢上升而不会立即恢复高电压。通过调整电阻R0和电容C0的参数可以改变电容C0的充电时间常数，从而有效滤除按键抖动对信号的干扰。上述电路用于对普通的通断频率较低的开关信号的干扰滤波，但不用于对通断频率较高的开关信号的干扰滤波，因为电容的充放电导致开关信号的延迟，并影响对后续开关信号的检测。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法，用于解决现有技术中的滤波技术由于电容充放电导致开关信号的延迟，并影响对后续打击信号的检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，包括：开关，用于产生开关信号；延时电路，用于在所述开关信号的触发下，经内部延时后输出延时及脉宽均可调的控制脉冲；开关电路，连接于所述延时电路，用于在所述控制脉冲的控制下实现通断；以及采样保持电路，连接于所述开关电路，用于在开关电路闭合时，对输入信号进行快速采样以跟踪输入信号的变化，在开关电路断开时，输出电压保持不变。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述开关包括机械开关，其第一端接地，第二端连接于所述输入电路的信号输入端。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述干扰过滤装置还包括输入电路，连接于所述开关及所述延时电路之间，用于为所述开关信号提供阻抗匹配。

进一步地，所述输入电路包括上拉电阻和第一运算放大器，其中，所述上拉电阻的第一端与电源VCC相连，第二端与所述开关的第二端及第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端相连。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述延时电路包括触发电路、延时充放电电路以及延时信号整形电路。

优选地，所述触发电路包括三极管、第一电阻及第二电阻，其中，所述第一电阻的第一端与三极管的发射极及电源VCC相连，第二端与三极管的基极及第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端与输入电路的输出端及开关电路的输入端相连。

优选地，所述延时充放电电路包括第三电阻、第一电容和第四电阻，其中，所述第三电阻的第一端与所述三极管的集电极相连，第二端与第一电容的第一极、第四电阻的第一端以及所述延时信号整形电路的输入端相连，所述第一电容的第二极和第四电阻的第二端接地。

优选地，所述延时信号整形电路包括第一非门和第二非门，其中，所述第一非门的输入端与所述第三电阻的第二端相连，输出端与第二非门的输入端相连，所述第二非门的输出端与开关电路控制端相连，其输出用于控制开关电路的通断。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述开关电路包括PMOS管，所述PMOS管的栅极与延时电路的输出端相连，源极与输入电路的输出端和延时电路中的第二电阻的第二端相连，漏极与采样保持电路的输入端相连。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述采样保持电路包括第二电容和第二运算放大器，其中，所述第二电容的第一极与第二运算放大器的同相输入端以及开关电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端相连，并作为信号输出端。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的一种优选方案，所述开关包括若干个机械开关及若干个分压电阻，所述若干个机械开关的第一端接地，所述若干个分压电阻依次连接于相邻两个机械开关的第二端。

本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的原理为：当所述开关处于断开状态时，开关信号保持高电平，所述延时电路的输出信号控制所述开关电路处于导通状态，使所述采样保持电路能快速跟踪开关信号的变化。当所述开关闭合时，开关信号由高变低，由于干扰信号在时间上滞后于有用信号(例如压电干扰信号比开关信号滞后大约0.2毫秒)，使得干扰信号在开关信号变低之后出现。在开关信号变低过程中，所述采样保持电路快速跟踪开关信号的变化，且在干扰信号出现之前，所述开关电路受所述延时电路输出信号的控制而断开，使得所述采样保持电路最终定格于所述开关电路断开时的电压值。在开关电路断开期间，所述采样保持电路的输出信号保持不变，从而避开开关通断过程中的干扰信号的影响，直到干扰信号结束，所述延时电路的输出信号恢复低电平时，所述开关电路再次闭合，所述采样保持电路重新恢复对开关信号变化的快速跟踪，准备下一次开关通断过程中对干扰信号的滤波处理。

本发明还提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤方法，包括步骤：1)当开关闭合时，开关信号由高变低，触发所述延时电路在经历可设定的第一延迟时间后其输出信号由低变高，然后再经历另一可设定的第二延迟时间后其输出信号由高变低；2)所述延时电路输出低电平时将所述开关电路导通，使得所述采样保持电路得以快速跟踪开关信号的变化；所述延时电路输出高电平时将所述开关电路断开，使得所述采样保持电路与开关信号断开并保持输出电压不变；3)调整所述第一延迟时间及第二延迟时间，使所述开关电路在开关闭合后且干扰信号出现之前断开，然后在开关断开后且干扰信号结束后闭合，从而使所述采样保持电路的输出信号免受时间上滞后于开关信号的干扰信号的影响。

作为本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤方法的一种优选方案，对于包括多个机械开关进行串并联的干扰过滤装置，当其中一个或多个开关闭合时，开关信号由高变低，干扰信号滞后于开关信号的变化，在开关信号变低的过程中，所述采样保持电路快速跟踪开关信号的变化，且在干扰信号出现之前，所述开关电路受所述延时电路输出信号的控制而断开，使得所述采样保持电路最终定格于所述开关电路断开时的电压值，在开关电路断开期间，所述采样保持电路的输出信号保持不变，从而避开开关通断过程中的干扰信号的影响。直到干扰信号结束，所述延时电路的输出信号恢复低电平时，所述开关电路再次闭合，所述采样保持电路重新恢复对开关信号变化的快速跟踪，准备下一次开关通断过程中对干扰信号的滤波处理。

进一步地，在所述开关电路断开期间所述采样保持电路的输出电压始终保持与所述一个或多个开关闭合相对应的电压值不变，通过检测输出信号的电压值对开关闭合进行判断和识别。

如上所述，本发明的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法，具有以下有益效果：本发明提供的干扰信号过滤方法，通过延时电路及开关电路，在开关信号受干扰时将采样保持电路与开关信号断开，同时在干扰信号结束时恢复采样保持电路与开关信号的连接，避免了普通RC滤波电路所带来的信号延迟，同时对干扰信号的过滤也更为彻底，用于对快速通断的开关信号实施干扰过滤，尤其用于对干扰信号更为敏感的将多个开关进行串并联组合并通过检测开关信号电压值的大小来对闭合的开关进行识别的情形。

附图说明

图1显示为现有技术中的RC滤波电路原理示意图。

图2显示为本发明实施例1中的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的电路原理示意图。

图3显示为本发明实施例2中的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的电路原理示意图。

图4显示为小力度敲打时信号未受干扰的波形图，其中，位于上方的曲线代表未经处理的原始的开关信号，位于下方的曲线为经过抗干扰处理后的输出信号。

图5显示为大力度敲打时信号受到干扰时的波形图，其中，位于上方的曲线代表未经处理的原始的开关信号，位于下方的曲线为经过抗干扰处理后的输出信号。

图6显示为机械开关闭合瞬间的波形细节图，其中，位于上方的曲线代表未经处理的原始的开关信号，位于下方的曲线为经过抗干扰处理后的输出信号。

元件标号说明

100开关

101机械开关

200输入电路

201上拉电阻

202第一运算放大器

300延时电路

301第一电阻

302第二电阻

303三极管

304第三电阻

305第一电容

306第四电阻

307第一非门

308第二非门

400开关电路

401PMOS管

500采样保持电路

501第二电容

502第二运算放大器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，包括：开关100，用于产生开关信号；输入电路200，连接于所述开关100，用于为所述开关信号提供阻抗匹配；延时电路300，连接于所述输入电路200，用于在所述开关信号的触发下，经内部延时后输出延时及脉宽均可调的控制脉冲；开关电路400，连接于所述延时电路300，用于在所述控制脉冲的控制下实现通断；以及采样保持电路500，连接于所述开关电路400，用于在开关电路400闭合时，对输入信号进行快速采样以跟踪输入信号的变化，在开关电路400断开时，输出电压保持不变。

如图2所示，所述开关100包括机械开关101，其第一端接地，第二端连接于所述输入电路200的信号输入端。由于输入电路200中的上拉电阻201的上拉作用，开关100的另一端上的开关信号将保持高电平。当开关100闭合时，开关信号由高电平变为低电平，并在开关100断开后恢复高电平。

如图2所示，所述输入电路200包括上拉电阻201和第一运算放大器202，其中，所述上拉电阻201的第一端与电源VCC相连，第二端与所述开关100的第二端及第一运算放大器202的同相输入端相连，所述第一运算放大器202的反相输入端与输出端相连。所述输入电路200通常用于为输入信号提供阻抗匹配，在本实施例中被接成电压跟随器的形式。当开关100闭合时，第一运算放大器202的输入端变为低电平，其输出端也随之变为0V，当开关100断开时，第一运算放大器202的输入端变为高电平，其输出端也随之输出高电平，升高到接近VCC的电压值。当然，所述输入电路200中的运算放大器不限于所述电压跟随器的连接方式，也可以是其它的实现阻抗匹配的电路形式，甚至于在无需进行阻抗匹配的情形下将所述运算放大器直接省掉。

如图2所示，所述延时电路300包括触发电路、延时充放电电路以及延时信号整形电路。

在本实施例中，所述触发电路包括三极管303、第一电阻301及第二电阻302，其中，所述第一电阻301的第一端与三极管303的发射极及电源VCC相连，第二端与三极管303的基极及第二电阻302的第一端相连，所述第二电阻302的第二端与输入电路200的输出端及开关电路400的输入端相连。所述延时充放电电路包括第三电阻304、第一电容305和第四电阻306，其中，所述第三电阻304的第一端与所述三极管303的集电极相连，第二端与第一电容305的第一极、第四电阻306的第一端以及所述延时信号整形电路的输入端相连，所述第一电容305的第二极和第四电阻306的第二端接地。所述延时信号整形电路包括第一非门307和第二非门308，其中，所述第一非门307的输入端与所述第三电阻304的第二端相连，输出端与第二非门308的输入端相连，所述第二非门308的输出端与开关电路400控制端相连，其输出用于控制开关电路400的通断。在本实施例中，所述三极管303为PNP三极管303。

所述延时电路300的工作过程为：当开关100闭合时，输入电路200中的第一运算放大器202的输出电压变低，触发三极管303导通，使电源电压VCC通过三极管303和第三电阻304对第一电容305开始充电，其充电时间常数t1由第三电阻304和第一电容305的乘积决定。当开关100断开时，第一运算放大器202的输出电压恢复高电平，三极管303截止，第一电容305通过第四电阻306放电，其放电时间常数t2由第四电阻306和第一电容305的乘积决定。充电时间常数t1用于调整PMOS管401相对于开关100闭合的关断延迟时间，选择合适的充电时间常数t1可以保证开关电路400在开关100闭合后且干扰信号出现之前断开；放电时间常数t2用于调整PMOS管401相对于开关100断开的导通延迟时间，选择合适的放电时间常数t2可以保证开关电路400在开关100断开后且干扰信号结束后闭合。

当然，所述延时电路300中的触发电路不限于PNP三极管303的电路形式，可以是其它的在开关100闭合时能够检测到第一运算放大器202的输出电压变化并控制第一电容305进行充放电的电路形式；所述第一电容305的充放电信号整形电路也不限于第一非门307串联第二非门308的电路形式。

如图2所示，所述开关电路400包括PMOS管401，所述PMOS管401的栅极与延时电路300的输出端相连，源极与输入电路200的输出端和延时电路300中的第二电阻302的第二端相连，漏极与采样保持电路500的输入端相连。所述PMOS管401在延时电路300输出低电平时导通使得采样电路对输入电路200输出的开关信号进行采样，在延时电路300输出高电平时断开使采样保持电路500中的第二电容501上的电压得以保持。当然，所述开关电路400中的开关不限于PMOS管401，也可以是NMOS管并配合栅极控制信号的相应调整，或者根据实际情况选用其它开关元件。

如图2所示，所述采样保持电路500包括第二电容501和第二运算放大器502，其中，所述第二电容501的第一极与第二运算放大器502的同相输入端以及开关电路400的输出端相连，所述第二运算放大器502的反相输入端与输出端相连，并作为信号输出端。当开关电路400导通时，所述第二电容501对输入电路200输出的开关信号进行采样，从而快速跟踪开关信号的变化；当开关电路400断开时，所述电容的电压保持不变。所述第二运算放大器502在此处充当电压跟随器，将第二电容501上的电压输出至输出信号VOUT。当然，所述采样保持电路500中的第二电容501与输出信号之间不限于第二运算放大器502及其构成的电压跟随器的电路形式，也可以是能够将第二电容501上的充放电信号转换为具有一定驱动能力的输出信号的其它电路形式。

在本实施例中，所述干扰过滤装置应用于电子鼓，本实施例的电子鼓包括鼓面以及位于鼓面下方的机械开关，进一步地，所述机械开关为设置于鼓面下方的开关薄膜，通过鼓棒敲击鼓面可以实现所述开关薄膜的通断。具体地，本实施例的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的原理为：当所述开关100处于断开状态时，开关信号保持高电平，所述延时电路300的输出信号控制所述开关电路400处于导通状态，使所述采样保持电路500能快速跟踪开关信号的变化。当所述开关100闭合(即鼓棒敲击鼓面)时，开关信号由高变低，开关电路导通，采样保持电路500对开关信号快速跟踪，由于干扰信号在时间上滞后于有用信号(例如压电干扰信号比开关信号滞后大约0.2毫秒)，使得干扰信号在开关信号变低之后出现。在开关信号变低过程中，所述采样保持电路500快速跟踪开关信号的变化，经过第一延时时间且在干扰信号出现之前，所述开关电路400受所述延时电路300输出信号的控制而断开，使得所述采样保持电路500最终定格于所述开关电路400断开时的电压值。在开关电路400断开(即鼓棒离开鼓面)期间，所述采样保持电路500的输出信号保持不变，从而避开开关通断过程中的干扰信号的影响，直到经过第二延时时间后(干扰信号结束)所述延时电路300的输出信号恢复低电平时，所述开关电路400再次闭合，所述采样保持电路500重新恢复对开关信号变化的快速跟踪，准备下一次开关通断过程中对干扰信号的滤波处理。需要进一步说明的是，本实施例中延时电路300实现的控制脉冲的延时及脉宽均可调，延时可调所指的是第一延时时间(如0.2毫秒)可调，脉宽可调所指的是第二延时时间(如10毫秒)可调。

本发明还提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤方法，包括步骤：1)当开关100闭合时，开关信号由高变低，所述输入电路200的输出信号也由高变低，并触发所述延时电路300在经历可设定的第一延迟时间后其输出信号由低变高，然后再经历另一可设定的第二延迟时间后其输出信号由高变低；2)所述延时电路300输出低电平时将所述开关电路400导通，使得所述采样保持电路500得以快速跟踪开关信号的变化；所述延时电路300输出高电平时将所述开关电路400断开，使得所述采样保持电路500与开关信号断开并保持输出电压不变；3)调整所述第一延迟时间及第二延迟时间，使所述开关电路400在开关100闭合后且干扰信号出现之前断开，然后在开关100断开后且干扰信号结束后闭合，从而使所述采样保持电路500的输出信号免受时间上滞后于开关信号的干扰信号的影响。

图4～图6显示为干扰信号处理前后的对比波形图，其中，图4显示为小力度敲打时信号未受干扰的波形图，图5显示为大力度敲打时信号受到干扰时的波形图。图4～图6中，位于上方的曲线代表未经处理的原始的开关信号，位于下方的曲线为经过抗干扰处理后的输出信号。从中图5可以看出，在输入信号受到干扰的情况下，经过本发明处理后的输出信号与图4中未受干扰时所定格的电压值一致。

如图5所示，下方曲线的输出信号波形中的下降沿对应开关电路断开的时间点，其后输出信号保持电压采样值不变，所以不受输入信号中的干扰电压的影响，始终保持恒定，直到经历第二延迟时间后，在输出波形的上升沿处，对应开关电路重新闭合的时间点，输出电压重新恢复对输入电压的跟踪。

图6显示为机械开关闭合瞬间的波形细节图，由图可见，在输入信号变低并经历第一延迟时间约0.1mS后，输出信号定格为开关电路断开瞬间的采样电压值。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其基本电路结构如实施例1，其中，所述开关100包括若干个机械开关及若干个分压电阻，所述若干个机械开关的第一端接地，所述若干个分压电阻依次连接于相邻两个机械开关的第二端。

具体地，在本实施例中，所述开关包括第一机械开关101，第二机械开关102和第三机械开关103，以及第一分压电阻104和第二分压电阻105。其中，第一分压电阻104和第二分压电阻105与输入电路200中的上拉电阻201形成串联分压，这样第一机械开关101、第二机械开关102和第三机械开关103各自闭合时对应的开关信号将得到不同的电压值。当其中一个开关闭合时，输入电路200的输出电压将快速下降到与此开关所对应的电压值Vin，采样保持电路500由于开关电路400处于导通状态也快速变化到Vin。同时，输入电路200的输出电压的下降将触发延时电路300在第一延迟时间t1后在干扰信号出现之前输出电平由低变高，使开关电路400断开，从而使采样保持电路500的输出电压定格在电压值Vin上；当上述开关断开并经过第二延迟时间t2后，延时电路300的输出端恢复低电平，使开关电路400恢复导通状态，从而采样保持电路500也恢复到与输入电路200输出端一致的高电平。这样，在开关电路400断开期间，输出电压VOUT得以维持电压值Vin不变，从而避开了干扰信号的影响。

具体地，在本实施例中，上述干扰过滤装置应用于电子鼓，本实施例的电子鼓包括3个薄膜开关，第一个薄膜开关设置于镲片或鼓盘中心下方，第二个薄膜开关设置于镲片或鼓盘面下方，第三个薄膜开关设置于镲片或鼓盘的边缘下方。

本实施例还提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤方法，其基本步骤如实施例1，其中，对于包括多个机械开关进行串并联的干扰过滤装置，当其中一个或多个开关闭合时，开关信号由高变低，干扰信号滞后于开关信号的变化，在开关信号变低的过程中，所述采用保持电路快速跟踪开关信号的变化，且在干扰信号出现之前，所述开关电路400受所述延时电路300输出信号的控制而断开，使得所述采样保持电路500最终定格于所述开关电路400断开时的电压值，在开关电路400断开期间，所述采样保持电路500的输出信号保持不变，从而避开开关通断过程中的干扰信号的影响。直到干扰信号结束，所述延时电路300的输出信号恢复低电平时，所述开关电路400再次闭合，所述采样保持电路500重新恢复对开关信号变化的快速跟踪，准备下一次开关通断过程中对干扰信号的滤波处理。在所述开关电路400断开期间所述采样保持电路500的输出电压始终保持与所述一个或多个开关闭合相对应的电压值不变，通过检测输出信号的电压值对开关闭合进行判断和识别。具体地，“判断”是指判断是否有开关闭合(即是否存在敲击鼓盘引起薄膜开关闭合产生开关信号)，“识别”是指识别哪个开关闭合(即是鼓面位置的薄膜开关闭合，还是鼓边位置的薄膜开关闭合等等)。

当然，在其它的实施例中，所述开关的数量关不限于3个，其组合所采用的连接方式也不限于并联方式，与之配合的多个分压电阻之间也不限于串联方式，可以根据实际应用的需要采用不同的连接方式，以达到不同开关闭合时从开关的输出端得到不同的电压值的目的

如上所述，本发明提供一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置及方法，所述干扰过滤装置，包括：开关100，用于产生开关信号；输入电路200，连接于所述开关100，用于为所述开关信号提供阻抗匹配；延时电路300，连接于所述输入电路200，用于在所述开关信号的触发下，经内部延时后输出延时及脉宽均可调的控制脉冲；开关电路400，连接于所述延时电路300，用于在所述控制脉冲的控制下实现通断；以及采样保持电路500，连接于所述开关电路400，用于在开关电路400闭合时，对输入信号进行快速采样以跟踪输入信号的变化，在开关电路400断开时，输出电压保持不变。本发明提供的干扰信号过滤方法，通过延时电路300及开关电路400，在开关信号受干扰时将采样保持电路500与开关信号断开，同时在干扰信号结束时恢复采样保持电路500与开关信号的连接，避免了普通RC滤波电路所带来的信号延迟，同时对干扰信号的过滤也更为彻底，用于对快速通断的开关信号实施干扰过滤，尤其用于对干扰信号更为敏感的将多个开关进行串并联组合并通过检测开关信号电压值的大小来对闭合的开关进行识别的情形。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于，包括：

开关，用于产生开关信号；

延时电路，用于在所述开关信号的触发下，经内部延时后输出延时及脉宽均可调的控制脉冲；

开关电路，连接于所述延时电路，用于在所述控制脉冲的控制下实现通断；

采样保持电路，连接于所述开关电路，用于在开关电路闭合时，对输入信号进行快速采样以跟踪输入信号的变化，在开关电路断开时，输出电压保持不变。

2.根据权利要求1所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述开关包括机械开关，其第一端接地，第二端连接于所述输入电路的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述干扰过滤装置还包括输入电路，连接于所述开关及所述延时电路之间，用于为所述开关信号提供阻抗匹配。

4.根据权利要求3所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述输入电路包括上拉电阻和第一运算放大器，其中，所述上拉电阻的第一端与电源VCC相连，第二端与所述开关的第二端及第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端相连。

5.根据权利要求1所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述延时电路包括触发电路、延时充放电电路以及延时信号整形电路。

6.根据权利要求5所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述触发电路包括三极管、第一电阻及第二电阻，其中，所述第一电阻的第一端与三极管的发射极及电源VCC相连，第二端与三极管的基极及第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端与输入电路的输出端及开关电路的输入端相连。

7.根据权利要求6所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述延时充放电电路包括第三电阻、第一电容和第四电阻，其中，所述第三电阻的第一端与所述三极管的集电极相连，第二端与第一电容的第一极、第四电阻的第一端以及所述延时信号整形电路的输入端相连，所述第一电容的第二极和第四电阻的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述延时信号整形电路包括第一非门和第二非门，其中，所述第一非门的输入端与所述第三电阻的第二端相连，输出端与第二非门的输入端相连，所述第二非门的输出端与开关电路控制端相连，其输出用于控制开关电路的通断。

9.根据权利要求8所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述开关电路包括PMOS管，所述PMOS管的栅极与延时电路的输出端相连，源极与输入电路的输出端和延时电路中的第二电阻的第二端相连，漏极与采样保持电路的输入端相连。

10.根据权利要求1所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述采样保持电路包括第二电容和第二运算放大器，其中，所述第二电容的第一极与第二运算放大器的同相输入端以及开关电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端相连，并作为信号输出端。

11.根据权利要求1所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置，其特征在于：所述开关包括若干个机械开关及若干个分压电阻，所述若干个机械开关的第一端接地，所述若干个分压电阻依次连接于相邻两个机械开关的第二端。

12.一种如权利要求1～11任意一项所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的干扰过滤方法，其特征在于，包括步骤：

1)当开关闭合时，开关信号由高变低，触发所述延时电路在经历可设定的第一延迟时间后其输出信号由低变高，然后再经历另一可设定的第二延迟时间后其输出信号由高变低；

2)所述延时电路输出低电平时将所述开关电路导通，使得所述采样保持电路得以快速跟踪开关信号的变化；所述延时电路输出高电平时将所述开关电路断开，使得所述采样保持电路与开关信号断开并保持输出电压不变；

3)调整所述第一延迟时间及第二延迟时间，使所述开关电路在开关闭合后且干扰信号出现之前断开，然后在开关断开后且干扰信号结束后闭合，从而使所述采样保持电路的输出信号免受时间上滞后于开关信号的干扰信号的影响。

13.根据权利要求12所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的干扰过滤方法，其特征在于：对于包括多个机械开关进行串并联的干扰过滤装置，当其中一个或多个开关闭合时，开关信号由高变低，干扰信号滞后于开关信号的变化，在开关信号变低的过程中，所述采样保持电路快速跟踪开关信号的变化，且在干扰信号出现之前，所述开关电路受所述延时电路输出信号的控制而断开，使得所述采样保持电路最终定格于所述开关电路断开时的电压值，在开关电路断开期间，所述采样保持电路的输出信号保持不变，从而避开开关通断过程中的干扰信号的影响。

14.根据权利要求13所述的用于快速通断机械开关的干扰过滤装置的干扰过滤方法，其特征在于：在所述开关电路断开期间所述采样保持电路的输出电压始终保持与所述一个或多个开关闭合相对应的电压值不变，通过检测输出信号的电压值对开关闭合进行判断和识别。