一种单火线触摸开关的制作方法
【专利摘要】一种单火线触摸开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元，通过电容式触摸按键控制可控交流开关电路的通断实现开关功能。所述单火线触摸开关能够有效地将工频干扰及工频以上的干扰脉冲滤除，即允许宽度大于规定值的正常触摸操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整。所述单火线触摸开关可以作为普通开关的替代产品。
【专利说明】
-种单火线触摸开关
技术领域
[0001] 本发明设及一种电器设备的控制开关，尤其是一种单火线触摸开关。
【背景技术】
[0002] 目前市场上采用MCU进行控制单火线触摸开关，其MCU容易受到各种干扰影响，开 关易出现非受控的误动作。采用触发式输出的触发I对莫块，特别是电容触摸1C，其本身的抗 干扰能力低，开关同样易出现非受控的误动作。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有单火线触摸开关存在的容易出现误动作问题，本发明提供了一种单 火线触摸开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元。
[0004] 所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入 端、3个单火线输出端、3个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端。
[0005] 所述保持单元设置有3个单火线通断控制信号输出端和3个控制脉冲输入端;所述 3个单火线通断控制信号输出端连接至3个单火线通断控制信号输入端。
[0006] 所述抗扰单元设置有3个控制脉冲输出端和3个触摸脉冲输入端;所述3个控制脉 冲输出端连接至3个控制脉冲输入端。
[0007] 所述触摸单元设置有3个触摸脉冲输出端，所述3个触摸脉冲输出端连接至3个触 摸脉冲输入端。
[000引所述单火线通断控制模块由3个双向晶闽管开关电路组成;所述3个双向晶闽管开 关电路分别由3个单火线通断控制信号输入端输入的3个单火线通断控制信号控制。
[0009] 所述单火线取电模块向单火线通断控制模块W及触摸单元、保持单元、抗扰单元 提供直流工作电源;所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块W及触摸单元、保持 单元、抗扰单元的公共地。
[0010] 所述触摸单元采用电容式触摸按键，输出3个触摸脉冲。
[0011] 所述抗扰单元包括3个抗扰电路;所述抗扰电路包括快速放电电路、快速充电电 路、电容、施密特电路;所述快速放电电路的一端连接至触摸脉冲端，另外一端连接至施密 特电路输入端;所述快速充电电路的一端连接至触摸脉冲端，另外一端连接至施密特电路 输入端;所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工 作电源;所述施密特电路的输出端为控制脉冲端。
[0012] 所述快速放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关;所述快速放电 二极管与充电电阻并联后，阴极连接至快速放电开关的一端，阳极为快速放电电路的输出 端;所述快速放电开关的另外一端为快速放电电路的输入端。
[0013] 所述快速充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关;所述快速充电 二极管与放电电阻并联后，阳极连接至快速充电开关的一端，阴极为快速充电电路的输出 端;所述快速充电开关的另外一端为快速充电电路的输入端。
[0014] 所述快速放电开关和快速充电开关均为电平控制的双向模拟开关。所述施密特电 路为同相施密特电路。所述快速放电开关的控制端连接至所在抗扰电路的控制脉冲的反相 输出端;所述快速充电开关的控制端连接至所在抗扰电路的控制脉冲端。
[0015] 本发明的有益效果是:所述单火线触摸开关允许宽度大于规定值的正常触摸操作 脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能 够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和 负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整;可W替代普 通开关。
【附图说明】
[0016] 图1是单火线触摸开关实施例结构图；
[0017] 图2是单火线单元实施例电路；
[0018] 图3是触摸单元实施例1电路；
[0019] 图4是触摸单元实施例2电路；
[0020] 图5为抗扰电路实施例1;
[0021 ]图6为抗扰电路实施例1的触摸脉冲和控制脉冲波形；
[0022] 图7为抗扰电路实施例2;
[0023] 图8为抗扰电路实施例3;
[0024] 图9为抗扰电路实施例3的触摸脉冲和控制脉冲波形；
[0025] 图10为抗扰电路实施例4。
【具体实施方式】
[0026] W下结合附图对本发明作进一步说明。
[0027] 如图1所示为单火线触摸开关实施例结构图，包括单火线单元10、保持单元20、抗 扰单元30和触摸单元40。
[0028] 触摸单元输出的n个触摸脉冲Pl -化被送至抗扰单元，抗扰单元对n个触摸脉冲分 别进行抗干扰处理后，输出的n个控制脉冲Ml-Mn被送至保持单元，保持单元对n个控制脉 冲分别进行触发及状态保持处理后，输出的n个单火线通断控制信号Gl-Gn被送至单火线 单元。n为单火线触摸开关的开关数量，即所述单火线触摸开关有n路开关。
[0029] 所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入 端AC、n个单火线输出端ACl-A化、n个单火线通断控制信号输入端Gl-Gn和直流工作电源 输出端+VCC。单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通 断控制模块W及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源。直流工作电源的地端为 单火线通断控制模块W及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
[0030] 如图2所示为n等于3的单火线单元实施例的电路。单火线取电模块包括单火线稳 压器UO1及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容CO 1、电容C02、电感LO1、电感 L02，W及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。单火线单元实施例中，单火线 稳压器UOl的型号为MP-6V-02S，低压差稳压器U02的型号为HT7350。
[0031] 单火线输入端AC是单火线单元的模拟地AGND，连接至单火线稳压器UOl的交流电 压公共端COM;电容COl的两端分别连接至单火线稳压器UOl的滤波电容输入端FIL和交流电 压公共端COM;单火线稳压器UOl的直流输出电压地GND端为单火线单元的公共地，电感L02 的两端分别连接至单火线单元的公共地和模拟地;二极管D51、二极管D61、二极管D71、电感 LOl和电容C02组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D51、二极管D61、 二极管D71分别连接至3个单火线输出端4(：1、4〔2、4〔3，输出连接至单火线稳压器1101的直流 高压输入端HDC。单火线稳压器UOl还设有直流电压输出端VCC、交流电压端AC。二极管D51、 二极管D61、二极管D71组成或逻辑关系，3个单火线输出端AC1、AC2、AC3中只要有一个有 220V交流电，则UOl的直流高压输入端皿C得到直流高压输入。
[0032] 低压差稳压器U02的输入端VIN连接至单火线稳压器UOl的直流电压输出端VCC， UO1的直流电压输出端输出直流电压+VCCl;低压差稳压器U02输出端VOUT输出巧V的直流工 作电源+VCC;单火线稳压器UOl的地端GND连接至单火线单元的公共地;电容C03、电容C04分 别为低压差稳压器U02的输入电压、输出电压滤波电容。
[0033] 单火线单元实施例的单火线通断控制模块为3个结构相同的双向晶闽管开关电 路，分别由单火线通断控制信号G1、G2、G3控制通断。第1路包括双向晶闽管V51、可控娃输出 光禪呪1、电阻R51、电阻R52、电阻R53;第2路包括双向晶闽管V61、可控娃输出光禪U61、电阻 R61、电阻R62、电阻R63;第3路包括双向晶闽管V71、可控娃输出光禪U71、电阻R71、电阻R72、 电阻R73。可控娃输出光禪U5UU6UU71为移相型，单火线单元实施例中，他们的型号为 M0C3053。增加开关数量时，需要增加结构相同的双向晶闽管开关电路，W及相应的组成或 逻辑关系的半波整流二极管;减少开关数量时，去掉1-2路双向晶闽管开关电路，W及相应 的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
[0034] W图2中第1路双向晶闽管开关电路为例说明。双向晶闽管V51的两个阳极端分别 连接至单火线输出端ACl和单火线稳压器UOl的交流电压端AC;电阻R51并联在双向晶闽管 V51的两个阳极端;可控娃输出光禪U51的输出可控娃与电阻R52串联，其串联支路连接至双 向晶闽管V51的第一阳极和控制极;可控娃输出光禪U51的输入发光二极管与电阻R53串联， 其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单 火线通断控制信号Gl为低电平时，双向晶闽管V51导通，第1路开关为开态;单火线通断控制 信号Gl为高电平时，双向晶闽管V51截止，第1路开关为关态。
[00巧]图2中，当双向晶闽管V51、V61、V71中有1个截止时，经二极管D51、二极管D61、二极 管D71组成的或逻辑半波整流和电感LOl、电容C02的滤波后，得到300VW上的直流电压送至 单火线稳压器UOl的直流高压输入端皿C，单火线稳压器UOl经DC/DC后输出直流电压+VCCl， 实现关态取电。当双向晶闽管V5UV6UV71全部导通时，负载电流经由单火线稳压器UOl的 交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器UOl通过负载电流进行取电，实现 开态取电，电容COl为开态取电滤波电容。单火线稳压器UOl开态取电输出的直流电压+VCCl 与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCCl相应增大。
[0036]如图3所示为n等于3触摸单元实施例1的电路，包括电容触摸集成模块U41、电容 〔41、电容〔42、电容〔43、电容〔44、电阻341、电阻1?42、电阻1?43、电阻1?44、电阻1?45、电阻1?46、 电阻R47、驱动器F41、驱动器F42、驱动器。43，1(1、1(2、1(3为触摸点。触摸单元实施例1中，电容 触摸集成模块U41选择型号为TS04的4通道触摸ICdTS04设置有输入端CS1-CS4、输出端 OUT 1 - 0UT4、配置端RB、噪声监控端DUMMY W及电源端V孤、电源地端GND。电源端V孤、电源地 端GND分别连接至直流工作电源+VCC和公共地;噪声监控端DUMMY悬空；电阻R44并联在配置 端RB和公共地，电容C44并联在配置端RB和直流工作电源+VCC;输入端盼1-CS3分别经电阻 R41、电阻R42、电阻R43连接至触摸点Kl、K2、K3，电容C41、电容C42、电容C43分别并联在输入 端盼1-CS3和公共地；电阻R45、电阻R46、电阻R47分别为开漏输出0UT1-0UT3的上拉电阻； 0UT1-0UT3分别经驱动器F41-F43驱动后输出触摸脉冲P1-P3dTS04当输入端有触摸输入 时，输出端输出低电平。驱动器F41-F43的作用是提高触摸脉冲P1-P3的高电平驱动能力 和低电平驱动能力。图3中驱动器F41-F43为反相驱动器，因此，当输入端有触摸输入时，触 摸单元输出的触摸脉冲P1-P3均为正脉冲。如果F41-F43选择同相驱动器，则当输入端有 触摸输入时，触摸单元输出的触摸脉冲P1-P3为负脉冲。TS04为4通道触摸1C，可W做4个触 摸开关;如果需要其他数量的触摸开关，可W选择增加 TS04忍片，或者是采用单片或者是多 片单通道的TSOl忍片、2通道的TS02忍片、6通道的TS06忍片、8通道的TS08忍片，或者是其他 触摸IC等构成。
[0037] 如图4所示为n等于2的触摸单元实施例2的电路，包括电容触摸集成模块U45、电容 C45、电容C46。触摸集成模块U45采用双键电容触摸感应开关忍片ASC0104-2，ASC0104-2的2 个触摸输入端TP0、TP1分别连接触摸点Kl、K2，同时，触摸输入端TP0、TP1分别经由电容C45、 电容C46接地;ASC0104-2的2个触摸信号输出端TPQ0、TPQ1分别为触摸脉冲P1、P1;ASC0104- 2的输出类型选择端和电源负端VSS连接至电源地，ASC0104-2工作在直接模式，触摸生效时 输出端OUT输出高电平或者低电平;ASC0104-2的高/低有效电平选择端AHLB和电源正端VDD 连接至直流工作电源+VCC，触摸生效时输出端OUT输出低电平，触摸脉冲Pl、M1为负脉冲。
[0038] 保持单元为n个r触发器，触发器可W使用D触发器、JK触发器构成，或者是用二 进制计数器等来实现。每个r触发器的输入输出为对应的控制脉冲和单火线通断控制信 号，例如，第1路开关的输入为控制脉冲Ml、输出为单火线通断控制信号Gl，第2路开关的输 入为控制脉冲M2、输出为单火线通断控制信号G2。
[0039] 抗扰单元共有n个相同的抗扰电路，每个抗扰电路的输入输出为对应的触摸脉冲 和控制脉冲，例如，第1路开关的输入为触摸脉冲PU输出为控制脉冲Ml，第2路开关的输入 为触摸脉冲Ml、输出为控制脉冲M2。
[0040] 如图5所示为第1路开关的抗扰电路实施例1。抗扰电路实施例1中，快速放电二极 管、充电电阻、快速放电开关分别为二极管D11、电阻R11、开关Tll，组成了快速放电电路;快 速充电二极管、放电电阻、快速充电开关分别为二极管D12、电阻R12、开关T12,组成了快速 充电电路；电容为电容Cll。施密特电路Fl 1为同相施密特电路，实施例1中控制脉冲Ml与触 摸脉冲Pl同相。电容Cl 1的一端接施密特电路的输入端，目阳11的输入端A2，另外一端连接至 公共地。二极管Dll的阳极连接至Fll的输入端A2,阴极与开关Tll串联后连接至触摸脉冲端 P1，当开关T11导通时，二极管D11的单向电流流向为从F11的输入端A2流向触摸脉冲端P1。 二极管D12的阴极连接至Fll的输入端A2,阳极与开关T12串联后连接至触摸脉冲端P1，当开 关T12导通时，二极管D12的单向电流流向为从触摸脉冲端Pl流向Fll的输入端A2。
[0041] 快速放电开关、快速充电开关为电平控制的双向模拟开关。实施例1中，开关T11、 开关T12均选择控制信号为高电平时开关接通，控制信号为低电平时开关关断的双向模拟 开关，型号可W选择CD4066,或者是CD4016。实施例1中施密特电路Fll为同相施密特电路， 控制脉冲Ml(图5中A3点)直接连接至开关T12的电平控制端，控制脉冲Ml的高、低电平分别 控制开关T12接通、关断;控制脉冲Ml经过反相器F12后（图5中巧点链接至开关Tll的电平 控制端，控制脉冲Ml的高、低电平分别控制开关Tll关断、接通。受到控制脉冲Ml的控制，开 关Tll与开关T12中总是一个处于接通状态，另外一个处于关断状态。
[0042] 图6为抗扰电路实施例1的触摸脉冲和控制脉冲波形。图6中，Pl为触摸脉冲，Ml为 控制脉冲，当Pl低电平为正常的负宽脉冲时，图5中A2点电位与Al点低电平电位一致，Ml为 低电平，开关Tll接通、T12关断。正脉冲11的高电平通过充电电阻Rll对电容Cll充电，使A2 点电位上升；由于正脉冲11的宽度小于时间Tl,A2点电位在正脉冲11结束时仍低于施密特 电路Fll的上限口槛电压，因此，Ml维持为低电平，开关Tll维持接通;正脉冲11结束时，Al点 重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A2点电位与Al点低电平 电位一致，恢复至正脉冲11来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续 的正窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。正脉冲12的宽度也小于时间Tl,因此，当正脉冲 12结束时，Ml维持为低电平，Al点重新变为低电平且通过快速放电二极管Dll使电容Cll快 速放电，使A2点电位与Al点低电平电位一致。
[0043] 脉冲13为正常的正宽脉冲，Pl在上升沿17之后维持高电平时间达到Tl时，Pl的高 电平通过充电电阻Rl 1对电容Cl 1充电，使A2点电位上升达到施密特电路Fl 1的上限口槛电 压，施密特电路Fll输出Ml在上升沿18处从低电平变为高电平，使开关Tll关断、T12接通;Al 点的高电平通过快速充电二极管D12使电容Cll快速充电，使A2点电位与Al点高电平电位一 致，Ml维持为高电平。
[0044] 负脉冲15的低电平通过放电电阻R12对电容Cll放电，使A2点电位下降；由于负脉 冲15的宽度小于时间T2，A2点电位在负脉冲15结束时仍高于施密特电路Fll的下限口槛电 压，因此，Ml维持为高电平，开关T12维持接通;负脉冲15结束时，Al点重新变为高电平且通 过快速充电二极管D12使电容Cl 1快速充电，使A2点电位与Al点高电平电位一致，恢复至负 脉冲15来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的负窄脉冲干扰信 号时，同样能够过滤掉。负脉冲16的宽度也小于时间T2,因此，当负脉冲16结束时，Ml维持为 高电平，Al点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容Cll快速充电，使A2点电位 与Al点高电平电位一致。
[0045] Pl在下降沿19之后维持低电平时间达到T2时，表示Pl有一个正常的负宽脉冲，Pl 的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A2点电位下降达到施密特电路F11的下限口 槛电压，施密特电路Fll输出Ml在下降沿20处从高电平变为低电平，使开关Tll接通、T12关 断;Al点的低电平通过快速放电二极管D11使电容Cl 1快速放电，使A2点电位与Al点低电平 电位一致，Ml维持为低电平。Pl的负宽脉冲21宽度大于T2,在负宽脉冲21的上升沿23之后维 持高电平时间达到Tl时，Ml在上升沿24处从低电平变为高电平。
[0046] 抗扰电路将Pl信号中的正窄脉冲11、正窄脉冲12、负窄脉冲15、负窄脉冲16都过滤 掉，而正宽脉冲13、负宽脉冲21能够通过，使Ml信号中出现相应的正宽脉冲14和负宽脉冲 22。控制脉冲Ml与触摸脉冲Pl同相，而输出的宽脉冲14上升沿比输入的宽脉冲13上升沿滞 后时间Tl,下降沿滞后时间T2。
[0047] 时间Tl为抗扰电路能够过滤的最大正窄脉冲宽度。Tl受到充电时间常数、触摸脉 冲P1的高电平电位、触摸脉冲P1的低电平电位和施密特电路F11的上限口槛电压共同影响。 通常情况下，触摸脉冲Pl的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整Tl的值可W通过改 变充电时间常数或者施密特电路的上限口槛电压来进行。图5中，充电时间常数为充电电阻 Rll与电容Cll的乘积。
[0048] 时间T2为抗扰电路能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、触摸脉 冲Pl的高电平电位、触摸脉冲Pl的低电平电位和施密特电路Fll的下限口槛电压共同影响。 通常情况下，触摸脉冲Pl的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T2的值可W通过改 变放电时间常数或者施密特电路的下限口槛电压来进行。图5中，放电时间常数为放电电阻 Rl 2与电容Cll的乘积。
[0049] 图5中，二极管Dll与电阻Rll并联后再与开关Tll串联，触摸脉冲Pl从Al点先经过 开关T11、然后经过二极管Dll与电阻Rll的并联电路到达A2点，按照脉冲信号流向关系，快 速放电开关串联连接在快速放电二极管与充电电阻的并联电路的前面;二极管D12与电阻 R12并联后再与开关T12串联，按照脉冲信号流向关系，快速充电开关串联连接在快速充电 二极管与放电电阻的并联电路的前面。快速放电开关的串联位置也可W放在快速放电二极 管与充电电阻的并联电路的后面，同样地，快速充电开关的串联位置也可W放在快速充电 二极管与放电电阻的并联电路的后面。另外，电容Cll接公共地的一端也可W改接在抗扰电 路的供电电源端，抗扰电路的供电电源为直流工作电源+VCC。
[0050] 图5中，施密特电路Fll也可W选择反相施密特电路，此时控制脉冲Ml与触摸脉冲 Pl反相，控制脉冲Ml及其反相信号控制开关T11、开关T12的连接方式需要按照控制脉冲Ml 的高、低电平分别控制开关T12关断、接通，控制脉冲Ml的高、低电平分别控制开关Tll接通、 关断来进行。
[0051] 图7所示为第1路开关的抗扰电路实施例2,快速放电二极管、充电电阻、快速放电 开关分别为二极管D21、电阻R21、开关T21，快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关分别 为二极管D22、电阻R22、开关T22,电容为电容C21。施密特电路F21为同相施密特电路，控制 脉冲Ml(图7中B3点）直接连接至开关T22的电平控制端;控制脉冲Ml经过反相器F22后（图7 中顆点)连接至开关T21的电平控制端。实施例2与图5所示的实施例1结构类似，不同之处 一是电容C21的一端接施密特电路的输入端，另外一端连接至抗扰电路的供电电源+VCC;不 同之处二是按照脉冲信号流向关系，快速放电开关的串联位置在快速放电二极管与充电电 阻的并联电路的后面，即开关T21串联在二极管D21与电阻R21并联电路的后面。实施例2的 工作原理与实施例1相同。
[0052] 如图8所示为第1路开关的抗扰电路实施例3,快速放电二极管、充电电阻分别为二 极管D31、电阻R31，快速充电二极管、放电电阻分别为二极管D32、电阻R32,快速放电开关与 快速充电开关为数字控制的多路模拟开关T31，T31的常开开关为快速放电开关，常闭开关 为快速充电开关;二极管D31、电阻R31与多路模拟开关T31的常开开关（图8中Cl)组成快速 放电电路，二极管D32、电阻R32与多路模拟开关T31的常闭开关（图8中CO)组成快速充电电 路；电容为电容C31，电容C31的一端接施密特电路的输入端，即F31的输入端C2，另外一端连 接至公共地。施密特电路F31为反相施密特电路，要求控制脉冲Ml的高电平控制快速放电开 关接通、快速充电开关关断，低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通；图8中，控 制脉冲Ml(图8中C3点)直接连接至多路模拟开关T31的数字控制端，控制脉冲Ml的高电平控 制多路模拟开关T31的常开开关接通、常闭开关关断，即控制脉冲Ml的高电平控制快速放电 开关接通、快速充电开关关断；控制脉冲Ml的低电平控制多路模拟开关T31的常开开关关 断、常闭开关接通，即控制脉冲Ml的低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通。 [0化3] 数字控制的多路模拟开关可W选择CD4051、CD4052、CD4053等不同型号的器件。实 施例3中，T31选择数字控制的2通道模拟开关CD4053。
[0054] 图9为抗扰电路实施例3的触摸脉冲和控制脉冲波形。图9中，Pl为触摸脉冲，Ml为 控制脉冲，当Pl低电平为正常的负宽脉冲时，图8中C2点电位与脉冲输入端C4点低电平电位 一致，Ml为高电平，T31常开开关接通、常闭开关关断。正窄脉冲31的高电平通过充电电阻 R31对电容C31充电，使C2点电位上升；由于窄脉冲31的宽度小于时间Tl,C2点电位在窄脉冲 31结束时仍低于施密特电路F31的上限口槛电压，因此，Ml维持为高电平，T31状态维持；窄 脉冲31结束，C4点重新变为低电平且通过快速放电二极管D31使电容C31快速放电，使C2点 电位与C4点低电平电位一致，恢复至窄脉冲31来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复， 当后面紧接有连续的正窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。正窄脉冲32的宽度也小于时 间Tl,因此，当窄脉冲32结束时，Ml维持为高电平，C4点重新变为低电平且通过快速放电二 极管D31使电容C31快速放电，使C2点电位与C4点低电平电位一致。
[0055] 脉冲33为正常的正宽脉冲，Pl在上升沿37之后维持高电平时间达到Tl时，Pl的高 电平通过充电电阻R31对电容C31充电，使C2点电位上升达到施密特电路F31的上限口槛电 压，施密特电路F31输出Ml在下降沿38处从高电平变为低电平，使T31常开开关关断、常闭开 关接通;C4点的高电平通过快速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与C4点高 电平电位一致，Ml维持为低电平。
[0056] 负窄脉冲35的低电平通过放电电阻R32对电容C31放电，使C2点电位下降；由于窄 脉冲35的宽度小于时间T2，C2点电位在窄脉冲35结束时仍高于施密特电路F31的下限口槛 电压，因此，Ml维持为低电平，T31状态维持;窄脉冲35结束，C4点重新变为高电平且通过快 速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与C4点高电平电位一致，恢复至窄脉冲 31来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的负窄脉冲干扰信号时， 同样能够过滤掉。负窄脉冲36的宽度也小于时间T2,因此，当窄脉冲36结束时，Ml维持为低 电平，C4点重新变为高电平且通过快速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与 C4点高电平电位一致。
[0057] Pl在下降沿39之后维持低电平时间达到T2时，表示Pl有一个正常的负宽脉冲，Pl 的低电平通过放电电阻R32对电容C31放电，使C2点电位下降达到施密特电路F31的下限口 槛电压，施密特电路F31输出Ml在上升沿40处从低电平变为高电平，使T31常开开关接通、常 闭开关关断；C4点的低电平通过快速放电二极管D31使电容C31快速放电，使C2点电位与C4 点低电平电位一致，Ml维持为高电平。Pl的负宽脉冲41宽度大于T2,在负宽脉冲41的上升沿 43之后维持高电平时间达到Tl时，Ml在下降沿44处从高电平变为低电平。
[0058] 抗扰电路将Pl信号中的窄脉冲31、窄脉冲32、窄脉冲35、窄脉冲36都过滤掉，而正 宽脉冲33、负宽脉冲41能够通过，使Ml信号中出现相应的、且与Pl反相的负宽脉冲34和正宽 脉冲42。
[0059] 图9中，时间Tl为抗扰电路能够过滤的输入的最大正窄脉冲宽度，调整Tl的值可W 通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限口槛电压来进行。图8中，充电时间常数为充 电电阻R31与电容C31的乘积。时间T2为抗扰电路能够过滤的输入的最大负窄脉冲宽度。调 整T2的值可W通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限口槛电压来进行。图8中，放电 时间常数为放电电阻R32与电容C31的乘积。
[0060]图8中，多路模拟开关T31采用的是分配器接法，由数字信号C3控制触摸脉冲Pl分 配至快速放电电路或者是快速充电电路;多路模拟开关T31也可W采用选择器接法，即触摸 脉冲Pl同时送至快速放电电路与快速充电电路，由数字信号控制选择快速放电电路或者是 快速充电电路的信号连接至施密特电路。
[0061 ]图8中，电容C31接公共地的一端也可W改接在抗扰电路的供电电源端，即直流工 作电源+VCC。
[0062] 图8中，施密特电路F31也可W选择同相施密特电路。
[0063] 图10所示为第1路开关的抗扰电路实施例4,快速放电二极管、充电电阻分别为二 极管D35、电阻R35，快速充电二极管、放电电阻分别为二极管D36、电阻R36，快速放电开关与 快速充电开关为数字控制的多路模拟开关T35;电容为电容C35,电容C35的一端接施密特电 路的输入端，即F35的输入端D2,另外一端连接至公共地。实施例4与实施例3的结构类似，不 同之处在于一是多路模拟开关T35采用了选择器接法，选择器接法与分配器接法从工作原 理上没有什么不同；二是施密特电路F35为同相施密特电路，控制脉冲Ml与触摸脉冲Pl同 相，控制脉冲Ml(图10中D3点）直接连接至多路模拟开关T35的数字控制端，所WT35的常闭 开关为快速放电开关，常开开关为快速充电开关;二极管D35、电阻R35与多路模拟开关T35 的常闭开关(图10中DO)组成快速放电电路，二极管D36、电阻R36与多路模拟开关T35的常开 开关(图10中Dl)组成快速充电电路。
[0064] 所述施密特电路的输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入 阻抗特性。施密特电路可W选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、 74肥14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非口 CD4093、74肥24等器件。CMOS 施密特反相器或者CMOS施密特与非口的上限口槛电压、下限口槛电压均为与器件相关的固 定值，因此，调整能够过滤的输入的正窄脉冲宽度、负窄脉冲宽度需要通过改变充电时间常 数、放电时间常数来进行。用施密特反相器或者施密特与非口构成同相施密特电路，需要在 施密特反相器或者施密特与非口后面增加一级反相器。
[0065] 施密特电路还可W选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电 路可W灵活地改变上限口槛电压、下限口槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电 路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。
[0066] 对触摸开关进行操作时，正常的触摸时间不低于100ms，即正常的触摸脉冲宽度不 小于looms;两次触摸之间的间隔也不会小于100ms。所述抗扰电路允许宽度大于Tl的正脉 冲和宽度大于T2的负脉冲信号通过，因此，T1、T2的取值范围均为IOms至100ms，典型值均取 30ms时，能够有效地将工频干扰及工频W上的干扰脉冲滤除。
【主权项】
1. 一种单火线触摸开关，其特征在于： 包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元； 所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、3 个单火线输出端、3个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端； 所述保持单元设置有3个单火线通断控制信号输出端和3个控制脉冲输入端;所述3个 单火线通断控制信号输出端连接至3个单火线通断控制信号输入端； 所述抗扰单元设置有3个控制脉冲输出端和3个触摸脉冲输入端;所述3个控制脉冲输 出端连接至3个控制脉冲输入端； 所述触摸单元设置有3个触摸脉冲输出端，所述3个触摸脉冲输出端连接至3个触摸脉 冲输入端。2. 根据权利要求1所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述单火线通断控制模块由3 个双向晶闸管开关电路组成;所述3个双向晶闸管开关电路分别由3个单火线通断控制信号 输入端输入的3个单火线通断控制信号控制。3. 根据权利要求1所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述单火线取电模块向单火线 通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源;所述直流工作电源的 地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。4. 根据权利要求1所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述触摸单元采用电容式触摸 按键，输出3个触摸脉冲。5. 根据权利要求1 一4中任一项所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述抗扰单元包 括3个抗扰电路;所述抗扰电路包括快速放电电路、快速充电电路、电容、施密特电路； 所述快速放电电路的一端连接至触摸脉冲端，另外一端连接至施密特电路输入端； 所述快速充电电路的一端连接至触摸脉冲端，另外一端连接至施密特电路输入端； 所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电 源； 所述施密特电路的输出端为控制脉冲端。6. 根据权利要求5所述的单火线触摸开关，其特征在于： 所述快速放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关;所述快速放电二极 管与充电电阻并联后，阴极连接至快速放电开关的一端，阳极为快速放电电路的输出端;所 述快速放电开关的另外一端为快速放电电路的输入端； 所述快速充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关;所述快速充电二极 管与放电电阻并联后，阳极连接至快速充电开关的一端，阴极为快速充电电路的输出端;所 述快速充电开关的另外一端为快速充电电路的输入端。7. 根据权利要求6所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述快速放电开关和快速充电 开关均为电平控制的双向模拟开关。8. 根据权利要求7所述的单火线触摸开关，其特征在于:所述施密特电路为同相施密特 电路;所述快速放电开关的控制端连接至所在抗扰电路的控制脉冲的反相输出端;所述快 速充电开关的控制端连接至所在抗扰电路的控制脉冲端。
【文档编号】H03K17/96GK205681394SQ201620570642
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201620570642.X, CN 201620570642, CN 205681394 U, CN 205681394U, CN-U-205681394, CN201620570642, CN201620570642.X, CN205681394 U, CN205681394U
【发明人】郭艳杰, 凌云, 曾红兵
【申请人】湖南工业大学