Comment mettre en œuvre un anti-rebond matériel pour les commutateurs et les relais lorsque le rebond logiciel n'est pas approprié

Dans le contexte de l'ingénierie électrique et électronique, un interrupteur est un composant capable de « faire » ou de « couper » un circuit électrique, interrompant ainsi un courant électrique ou le déviant d'un conducteur à un autre. Comme les ingénieurs peuvent en témoigner, il existe de nombreux types d'interrupteurs, notamment les interrupteurs à bascule, les interrupteurs à bascule, les interrupteurs à bouton-poussoir, les micro-interrupteurs et les interrupteurs de fin de course, les interrupteurs magnétiques et à lames et les relais. Tous ont un point commun : ils rebondissent. C'est exactement ce qu'ils font.

Habituellement, ce rebond a peu ou pas d'effet sur le circuit, mais si le circuit numérique est suffisamment rapide pour détecter et répondre à plusieurs rebonds, les conséquences peuvent être graves. La tâche d'un ingénieur est d'éviter ou d'atténuer les effets de ce rebond, ou « d'anti-rebond » du commutateur. Même si l’industrie pratique depuis longtemps l’anti-rebond matériel, elle s’est récemment tournée vers des approches anti-rebond basées sur des logiciels. Cependant, il existe des situations dans lesquelles l’anti-rebond matériel constitue une meilleure option.

Cet article explique le rebond et discute des approches logicielles et matérielles pour anti-rebond. Il indique ensuite les cas où le rebond matériel est une meilleure option avant de montrer comment il peut être mis en œuvre. Des exemples de dispositifs de commutation et de composants matériels anti-rebond sont présentés à l'aide d'exemples provenant de NKK Switches, ON Semiconductor, Texas Instruments, Maxim Integrated et LogiSwitch.

Qu’est-ce que le rebond du commutateur ?

Lorsqu'un interrupteur ou un relais est basculé ou basculé, ce qu'un humain perçoit comme une réponse unique instantanée à chaque fois que l'appareil change d'état peut en réalité impliquer 100 actions décisives ou plus qui persistent pendant plusieurs millièmes de seconde avant que le contact ne soit finalement établi. s'installe en place.

Par exemple, considérons un interrupteur à bascule unipolaire unidirectionnel (SPST) normalement ouvert (NO) monté sur panneau comme un M2011SS1W01 de NKK. Supposons qu'un côté de ce commutateur, qui peut être considéré comme l'entrée, soit connecté à la masse (0 volt), tandis que l'autre côté, qui dans ce cas est la sortie, est connecté à une alimentation de 5 volts (indiquée par + ve ) via une résistance pull-up (R1) (Figure 1).

Notez que le rebond de l'interrupteur peut se produire à la fois lorsque l'interrupteur est activé (fermé) et désactivé (ouvert). Parfois, les rebonds peuvent faire la transition entre les rails d'alimentation, ici considérés comme des états logiques 0 et 1. Dans ce cas, il s’agit de rebonds « propres ». En comparaison, si le signal atteint seulement une tension intermédiaire, on parle de rebonds « sales ».

Dans le cas d'un interrupteur à bascule unipolaire à double direction (SPDT) à montage sur panneau comme le M2012SS1W01-BC de NKK, un rebond peut se produire sur les bornes normalement ouvertes (NO) et normalement fermées (NC) (Figure 2). Dans ce cas, seuls les rebonds « propres » ont été affichés par souci de simplicité.

Dans de nombreux cas, cette durée de rebond du signal est telle qu’elle n’a aucun effet. Des problèmes surviennent lorsqu’un commutateur est connecté à un équipement électronique suffisamment rapide pour détecter et répondre à plusieurs rebonds. Ce qu'il faut, c'est un moyen d'empêcher le rebond du signal provenant du commutateur avant qu'il ne soit traité par leéquipement électronique.

Anti-rebond logiciel contre matériel

Dans les années 1960 et 1970, l'anti-rebond des commutateurs a été mis en œuvre à l'aide de diverses techniques matérielles, depuis de simples circuits de retard à résistance-condensateur (RC) utilisés avec les commutateurs SPST jusqu'à des fonctions de verrouillage de réglage/réinitialisation (SR) plus sophistiquées.

Plus récemment, et parce que de nombreux systèmes comportent une unité à microprocesseur (MPU) ou une unité à microcontrôleur (MCU), il est devenu courant d'utiliser des techniques logicielles pour anti-rebondir le signal provenant de n'importe quel commutateur. Cependant, l’anti-rebond logiciel n’est pas toujours la meilleure approche. Certaines applications impliquent de petits processeurs à faible performance et à mémoire limitée avec un espace de code limité et/ou des cycles d'horloge disponibles pour implémenter des routines anti-rebond. Dans ces cas-là, une implémentation matérielle peut être une meilleure solution.

De plus, de nombreux développeurs de logiciels ne connaissent pas les caractéristiques physiques des commutateurs, par exemple le fait qu'en plus de varier d'une activation à l'autre, les caractéristiques de rebond d'un commutateur peuvent être affectées par des conditions environnementales telles que la température et l'humidité.