專利名稱：一種去抖動(dòng)電路的制作方法
一種去抖動(dòng)電路
本發(fā)明涉及一種去除當(dāng)開關(guān)的兩個(gè)接觸元件之間接觸和斷開時(shí)可能在開關(guān) 輸出量中產(chǎn)生的高頻振蕩的去抖動(dòng)電路。
開關(guān)或者鍵盤是被廣泛應(yīng)用的輸入設(shè)備。許多開關(guān)是機(jī)械器件。在最簡單 的例子中， 一個(gè)開關(guān)包括兩片被稱作觸點(diǎn)的金屬，兩個(gè)觸點(diǎn)接觸時(shí)構(gòu)成回路， 而兩個(gè)觸點(diǎn)分開時(shí)斷開電路。將操縱力作用在觸點(diǎn)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是任何類 型的機(jī)械聯(lián)動(dòng)，如撥動(dòng)開關(guān)，翹板開關(guān)或者按鈕，或者可以像一個(gè)繼電器中那 樣自動(dòng)地發(fā)生。
簡單的金屬觸點(diǎn)式開關(guān)包括彈簧加載式按鍵，此種按鍵具有導(dǎo)柱，導(dǎo)柱的 下端設(shè)置有一條連接電路兩個(gè)部分的金屬。在一種變體中，可以在導(dǎo)柱的底部 和金屬條之間設(shè)置一小片泡沫。此種開關(guān)具有的優(yōu)點(diǎn)是可以提供優(yōu)良的觸碰 響應(yīng)，而且生產(chǎn)成本低。然而，觸點(diǎn)具有被磨損或者很快被腐蝕的趨勢。其它 的開關(guān)包括橡膠圓點(diǎn)式開關(guān)和薄膜式開關(guān)。
橡膠圓點(diǎn)式開關(guān)采用具有一個(gè)硬碳中心的小的，可伸縮的橡膠圓點(diǎn)。當(dāng)一 個(gè)鍵被按下時(shí)，位于此鍵下部的一個(gè)導(dǎo)柱被推向圓點(diǎn)，并使碳中心壓向一個(gè)位 于此鍵下方的表面。當(dāng)此鍵保持被按下的狀態(tài)時(shí)，碳中心使表面保持完整。當(dāng) 此鍵被釋放時(shí)，原點(diǎn)彈回其初始位置，電路被斷開。橡膠圓點(diǎn)式開關(guān)同樣提供 了合理的觸碰響應(yīng)，而且成本較低。
薄膜式開關(guān)被典型地應(yīng)用在鍵區(qū)或者鍵盤上。其通常采用一片連續(xù)的印制 有圖案的薄膜，當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí)，此連續(xù)的薄膜構(gòu)成一個(gè)回路，而不是為每個(gè)按鍵設(shè)置一個(gè)開關(guān)。 一些薄膜式鍵盤使用一種印制有每個(gè)鍵的標(biāo)識(shí)的一個(gè)平 面，而不是采用為單獨(dú)的鍵設(shè)置分開的鍵頭的方式。薄膜式鍵盤并不具有優(yōu)良 的觸碰響應(yīng)，但其成本通常比較低。
開關(guān)通常被集合在一起而形成具有多個(gè)開關(guān)的鍵區(qū)或者鍵盤。鍵盤通常排 列為使鍵或者開關(guān)被連接成行和列，以形成一個(gè)矩陣。而非將每個(gè)鍵或開關(guān)連 接至一根單獨(dú)的電線。為了檢測按鍵的按壓，鍵盤通常通過依次觸發(fā)每一列， 再檢測被觸發(fā)的行的這種方式'掃描'該矩陣。通過在一列內(nèi)流通電流而觸發(fā) 該列。當(dāng)電流從一行流出時(shí)，就檢測到一個(gè)按鍵的按壓。當(dāng)一列被觸發(fā)，而電 流從一行或者多行流出時(shí)，表明位于此列和所述的一行或者多行的交叉點(diǎn)處的 一個(gè)鍵被按下。
一種簡單的鍵盤矩陣如

圖1所示。
當(dāng)鍵是機(jī)械器件時(shí)存在一個(gè)問題，因?yàn)楫?dāng)其觸點(diǎn)受力接觸或者分開時(shí)，此 類器件需要經(jīng)受觸頭彈跳(或者顫振)。觸頭彈跳是由于觸點(diǎn)的動(dòng)量和彈力所引 起的，并引起一如圖2所示的迅速變化的脈沖電流。這種高頻振蕩將引發(fā)問題， 因?yàn)?，此種高頻振蕩會(huì)被鍵盤控制器檢測到，而產(chǎn)生所謂的'假觸發(fā)'，此種情 況的發(fā)生使得使用者按下單一的鍵，而鍵盤控制器卻檢測到多個(gè)鍵。因此，機(jī) 械開關(guān)的輸出信號(hào)采用典型的方式，通過一個(gè)'去抖動(dòng)'電路去除這些高頻顫 振。
去抖動(dòng)電路是一種接收包含與低頻按鍵信號(hào)疊加在一起的高頻顫振的開關(guān) 輸入信號(hào)的電路。去抖動(dòng)電路的作用是在保留低頻按鍵信號(hào)的同時(shí)去除高頻顫 振。
圖3示出了一種簡單的去抖動(dòng)電路，該電路包括一個(gè)電阻器301和一個(gè)電容302。此去抖動(dòng)電路是一個(gè)簡單的RC電路，此RC電路作為一種低通濾波器， 從而去除開關(guān)輸出量中的高頻顫振。通過選擇電阻值和電容值，為預(yù)期的按鍵 和顫振頻率提供合適的頻率響應(yīng)。此電路存在的問題是響應(yīng)速度慢。 一些按鍵 動(dòng)作因此可能不會(huì)反映在'去抖動(dòng)的后的'輸出信號(hào)中。
圖4示出了一種改進(jìn)的去抖動(dòng)電路，包括兩個(gè)與非門，分別為與非門401 和與非門402， 二者排列組成一 '置位-復(fù)位'觸發(fā)器403。去抖動(dòng)后的信號(hào)在 節(jié)點(diǎn)404處輸出。此電路成功地去除了開關(guān)信號(hào)中的高頻顫振，而且可以快速 響應(yīng)，并輸出適合提供給鍵盤控制器的數(shù)字信號(hào)。然而，此電路存在只能接收 一個(gè)單一開關(guān)并成功地將其去抖動(dòng)的缺點(diǎn)，因此，對(duì)于被排列為鍵盤矩陣的開 關(guān)，則需要為每個(gè)開關(guān)設(shè)置一單獨(dú)的去抖動(dòng)電路。典型地，開關(guān)去抖動(dòng)電路系 統(tǒng)被硬接線至矩陣電路中，這樣做代價(jià)高昂，并且會(huì)耗費(fèi)有價(jià)值的空間。
使電流信號(hào)通過一阻抗，如一分壓器，即可方便地檢測到電流信號(hào)，所以 當(dāng)鍵盤順序地觸發(fā)每列時(shí)，變振幅信號(hào)通過矩陣的每行輸出。因此，此信號(hào)代 表了被從一端至另一端進(jìn)行掃描的鍵盤的每個(gè)鍵的狀態(tài)。如果該信號(hào)已經(jīng)在先 前進(jìn)行了去抖動(dòng)處理，則變化的信號(hào)通常被輸入至鍵盤控制器，該鍵盤控制器 分析此模擬信號(hào)以確定被按下的鍵，并將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出至一總控制器，舉例來 說，如一臺(tái)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。
除在硬件上單獨(dú)地為每個(gè)開關(guān)去抖動(dòng)以外的一種可選的方法是在軟件上對(duì) 開關(guān)信號(hào)進(jìn)行去抖動(dòng)處理。然而，需要在已并入鍵盤或者鍵區(qū)的任何設(shè)備內(nèi)的 鍵盤或者鍵區(qū)的鄰域內(nèi)，為這種方法提供一種由軟件控制的處理器。這在具有 空間限制的實(shí)施條件下是存在問題的，例如，便攜式媒體播放器，如MP3播放器，通常具有一個(gè)小的用戶輸入裝置，此裝置具有一個(gè)設(shè)置在位于此裝置與一 套耳機(jī)之間的導(dǎo)線上。對(duì)這樣小的用戶輸入裝置，如果開關(guān)的去抖動(dòng)處理可以 在最終的開關(guān)信號(hào)通過導(dǎo)線傳輸至便攜式媒體播放器之前在設(shè)備本身的硬件內(nèi) 完成，將是更可取的方式。
相對(duì)于圖1所示的鍵盤矩陣，可以選擇圖5所示的鍵盤矩陣。這種鍵盤矩
陣被布置為一種分壓器501，而且在此分壓器的每個(gè)不同檔位的位置處設(shè)置各自 的開關(guān)502。在依照此種排列的鍵盤矩陣中，當(dāng)各自的開關(guān)被按下時(shí)，將通過此 矩陣輸出不同的電壓值，因此，通過判斷此矩陣輸出的電壓值可以識(shí)別出被按 下的開關(guān)。如果這些開關(guān)是機(jī)械式的，則需要進(jìn)行上述的去抖動(dòng)處理。這種形 式的開關(guān)矩陣具有額外的需求，即任何去抖動(dòng)過程必須保持各開關(guān)所輸出的信 號(hào)間的不同，這樣才能保證仍可以識(shí)別不同的開關(guān)。
因此，為了對(duì)一種開關(guān)信號(hào)進(jìn)行去抖動(dòng)處理，需要一種改進(jìn)的電路。 根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種開關(guān)電路，包括一具有兩個(gè)觸點(diǎn)元 件的機(jī)械開關(guān)，對(duì)此開關(guān)進(jìn)行操作，使兩個(gè)觸點(diǎn)元件發(fā)生物理接觸，并因此而 輸出一代表開關(guān)動(dòng)作的模擬開關(guān)信號(hào)；以及， 一西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用以接 收此模擬開關(guān)信號(hào)，并輸出一與模擬開關(guān)信號(hào)相關(guān)的數(shù)字開關(guān)信號(hào)，西格瑪-德 爾塔調(diào)制器所具有使其能夠抑制模擬輸入信號(hào)中的相對(duì)較高的頻率成分并因此 有效地對(duì)開關(guān)的輸出量進(jìn)行去抖動(dòng)處理的頻率響應(yīng)。
此開關(guān)電路可包括多個(gè)機(jī)械開關(guān)，并且開關(guān)電路被設(shè)置為由該多個(gè)開關(guān)輸 出，并由西格瑪-德爾塔調(diào)制器接收一個(gè)代表該多個(gè)開關(guān)中每個(gè)開關(guān)動(dòng)作的單一 的模擬開關(guān)信號(hào)西格瑪-德爾塔。此開關(guān)電路可包括一擴(kuò)展為兩維的開關(guān)陣列，每個(gè)開關(guān)在第一維方向上位 于一行上，在第二維方向上位于一列上，并且陣列的每行被設(shè)置為輸出單一的 代表位于此行上的每個(gè)開關(guān)動(dòng)作的模擬開關(guān)信號(hào)。
此開關(guān)電路可被設(shè)置為通過依次向每列施加一電流而順序地觸發(fā)陣列中的 每列，由陣列中的一行所輸出的單一的模擬開關(guān)信號(hào)的瞬時(shí)值代表此行上的位 于當(dāng)前被觸發(fā)列位置處的開關(guān)動(dòng)作。
此開關(guān)電路可被設(shè)置為多個(gè)開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)的的動(dòng)作致使單一的模擬開 關(guān)信號(hào)具有特定的電平。特定的電平可以是相同的，不考慮是哪個(gè)開關(guān)在動(dòng)作。 可選的是，特定的電平與哪個(gè)開關(guān)動(dòng)作相關(guān)。
位于陣列的一行上的每個(gè)開關(guān)可與一特定的電平相關(guān)聯(lián)，使得位于此行上 的一個(gè)開關(guān)的動(dòng)作會(huì)致使單一的模擬開關(guān)信號(hào)具有與被操作開關(guān)相關(guān)聯(lián)的特定 的電平。陣列的一行可以包括一分壓器，而且位于此行上的每個(gè)開關(guān)與分壓器 內(nèi)的一特定的電平位置相連接，使得操作一個(gè)開關(guān)將致使單一的模擬開關(guān)信號(hào) 具有與被操作開關(guān)相關(guān)聯(lián)的特定的電平。
此西格瑪-德爾塔調(diào)制器可包括， 一求和單元用于將模擬開關(guān)信號(hào)與一調(diào)整
信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，以形成一求和輸出信號(hào)； 一積分器，設(shè)置為接收求和輸出 信號(hào)，并形成與此求和輸出信號(hào)相關(guān)的積分器輸出信號(hào)； 一量化器，設(shè)置為接 收積分器輸出信號(hào)，并形成與此積分器輸出信號(hào)相關(guān)的數(shù)字開關(guān)信號(hào)；以及， 一反饋回路，以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)。
該反饋回路可包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用以接收數(shù)字輸出信號(hào)，并產(chǎn)生與此數(shù) 字輸出信號(hào)相關(guān)的調(diào)整信號(hào)。該反饋回路可包括一邏輯電路，設(shè)置為在兩個(gè)預(yù)定值中選擇一個(gè)用于調(diào)整 信號(hào)，選擇的執(zhí)行依賴于該數(shù)字輸出信號(hào)和一個(gè)控制信號(hào)。
該反饋回路可包括一選擇電路，設(shè)置為在兩個(gè)邊界值中選擇一個(gè)用于調(diào)整 信號(hào)，選擇的執(zhí)行依賴于該數(shù)字輸出信號(hào)。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器可被設(shè)置為對(duì)模擬輸入信號(hào)以一采樣率進(jìn)行采樣，此 采樣率超過使用者對(duì)機(jī)械開關(guān)進(jìn)行操作的最高頻率。機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作可以是使
兩個(gè)觸點(diǎn)元件進(jìn)行物理接觸的對(duì)開關(guān)的觸發(fā)。該采樣率可超過20Hz。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器可被設(shè)置為接收一頻率大于等于5. 12 KHz更高頻率的 時(shí)鐘信號(hào)。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器可被配置為對(duì)模擬開關(guān)信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器可以具有一種頻率響應(yīng)，使得其可以抑制代表使用者 操作機(jī)械開關(guān)的模擬輸入信號(hào)中的相對(duì)于低頻成分而言相對(duì)較高的頻率成分。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供西格瑪-德爾塔調(diào)制器作為對(duì)機(jī)械開關(guān)的輸 出進(jìn)行去抖動(dòng)處理的一種應(yīng)用。
為了更好的理解本發(fā)明，參照如下的附圖，通過舉例進(jìn)行說明，其中，
圖l示出了一種開關(guān)矩陣；
圖2示出了一種顯示顫振的開關(guān)信號(hào)；
圖3示出了一種簡單的去抖動(dòng)電路；
圖4示出了一種包括'置位-復(fù)位'觸發(fā)器的去抖動(dòng)電路； 圖5示出了一種當(dāng)各自的開關(guān)被按下時(shí)，輸出不同電壓檔位的開關(guān)矩陣； 圖6示出了一種去抖動(dòng)電路；圖7a-c示出了對(duì)一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出噪聲電平進(jìn)行過采樣和數(shù)字濾波的結(jié) 果效果圖8a-b示出了對(duì)一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出噪聲電平進(jìn)行噪聲整形的結(jié)果效果
圖9示出了對(duì)減少輸出信號(hào)中噪聲電平所涉及的各階段的總圖； 圖IO示出了降噪抽樣的結(jié)果示意圖； 圖11示出了一種西格瑪-德爾塔調(diào)制器；
圖12示出了在西格瑪-德爾塔調(diào)制器內(nèi)執(zhí)行增益函數(shù)的波形示意圖； 圖13示出了在西格瑪-德爾塔調(diào)制器內(nèi)執(zhí)行增益函數(shù)的波形示意圖； 圖14示出了另一種西格瑪-德爾塔調(diào)制器；
圖15示出了對(duì)西格瑪-德爾塔調(diào)制器的頻域響應(yīng)起作用的元素的表示法； 一種開關(guān)電路，包括一機(jī)械開關(guān)和一對(duì)開關(guān)量輸出進(jìn)行去抖動(dòng)處理的西格 瑪-德爾塔調(diào)制器。西格瑪-德爾塔調(diào)制器能夠?qū)⒂蓹C(jī)械開關(guān)輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)。西格瑪-德爾塔調(diào)制器的頻率響應(yīng)可使得其去除開關(guān)輸出中的任何 高頻顫振成分，如，通過低通方式過濾模擬開關(guān)信號(hào)。
一西格瑪-德爾塔調(diào)制器能夠接收連續(xù)的模擬輸入信號(hào)，并且可以連續(xù)不斷 地對(duì)此信號(hào)進(jìn)行去抖動(dòng)處理。因此，這種方式具有不需要為每個(gè)開關(guān)設(shè)置單獨(dú) 的去抖動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)。替代的是，多路開關(guān)可以通過一個(gè)簡單的西格瑪-德爾塔 調(diào)制器完成去抖動(dòng)處理。這可以通過形成一種代表多個(gè)開關(guān)狀態(tài)的簡單的模擬 輸入信號(hào)，并將此信號(hào)輸入至西格瑪-德爾塔調(diào)制器的方式實(shí)現(xiàn)。例如，西格瑪-德爾塔調(diào)制器可接收一由開關(guān)矩陣內(nèi)的一行的開關(guān)所產(chǎn)生的模擬開關(guān)信號(hào)?？梢酝ㄟ^如圖1所示的和如上所述的，其中開關(guān)矩陣的每一列依次被觸發(fā)的一鍵 掃描鍵盤形成此種信號(hào)。
使如圖l所示的一開關(guān)矩陣的一行輸出的電流信號(hào)流經(jīng)一阻抗，如分壓器， 便可方便地檢測到此電流信號(hào)。這將產(chǎn)生一種當(dāng)鍵盤順序地觸發(fā)每一列時(shí)，由 矩陣的每行輸出的具有變化幅值的模擬開關(guān)信號(hào)。因此，此模擬信號(hào)代表了該 鍵盤上從其一端掃描至另一端的每個(gè)鍵的狀態(tài)?？蓪⒋诵盘?hào)輸入至一西格瑪-德 爾塔調(diào)制器，以進(jìn)行數(shù)字化和去抖動(dòng)處理。
如圖5所示的一西格瑪-德爾塔調(diào)制器在開關(guān)矩陣方面同樣是先進(jìn)的，在該 西格瑪-德爾塔調(diào)制器中，觸發(fā)每個(gè)開關(guān)將使此矩陣輸出不同的電壓值。在圖5
中，該西格瑪-德爾塔調(diào)制器503被設(shè)置為接收開關(guān)矩陣的輸出，根據(jù)動(dòng)作的開 關(guān)不同，開關(guān)矩陣的輸出的幅值將會(huì)不同。根據(jù)這種電平的不同可識(shí)別出動(dòng)作 的開關(guān)。由于西格瑪-德爾塔調(diào)制器實(shí)際上為一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此在節(jié)點(diǎn)504處 輸出的數(shù)字開關(guān)信號(hào)代表模擬開關(guān)信號(hào)電平。從而，西格瑪-德爾塔調(diào)制器在保 持其識(shí)別被觸發(fā)開關(guān)的功能的同時(shí)，使開關(guān)量輸出進(jìn)行去抖動(dòng)處理。
現(xiàn)將說明西格瑪-德爾塔調(diào)制器的適于作為去抖動(dòng)電路的不同實(shí)施方式。僅 以舉例的目的說明這些特定的實(shí)施方式，應(yīng)了解的是，本發(fā)明并非限制為西格 瑪-德爾塔調(diào)制器的任何特定的實(shí)施方式。
通過最簡單的1位執(zhí)行說明西格瑪-德爾塔調(diào)制器的作用。圖6中所示的為 一 1位西格瑪-德爾塔調(diào)制器。
圖6說明了基本的實(shí)施方式，西格瑪-德爾塔調(diào)制器包括一求和單元601， 一積分器602， 一比較器603和一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 604。例如，求和單元可以為一差分放大器，比較器可以為一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
如圖6所示，調(diào)制器的各元件連接成一反饋回路。將一模擬輸入信號(hào)送入 求和單元，并在將該模擬信號(hào)送入環(huán)路濾波器，在本例中為一積分器，之前， 在求和單元處與一反饋信號(hào)求差。積分器輸出的信號(hào)與比較器中的基準(zhǔn)信號(hào)相 比較。如果積分器輸出的信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)，則輸出<1'，如果積分器輸出的 信號(hào)小于基準(zhǔn)信號(hào)，則輸出'0'。從而，模擬輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)。
數(shù)字輸出信號(hào)被經(jīng)由DAC反饋至求和單元，在此處輸入信號(hào)與其進(jìn)行求差 運(yùn)算。反饋信號(hào)的目的是通過獲得代表模擬輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)出信號(hào)1和0，保持積 分器輸出的平均值接近比較器的基準(zhǔn)電平。
位于反饋回路上的DAC具有一個(gè)高基準(zhǔn)電壓和一個(gè)低基準(zhǔn)電壓。當(dāng)比較器 輸出'l'時(shí)，DAC輸出一高電壓信號(hào)，當(dāng)比較器輸出'0'時(shí)，DAC輸出一低電 壓信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)與反饋DAC的高基準(zhǔn)電壓或低基準(zhǔn)電壓相等時(shí)，調(diào)制器位 于滿刻度量程處。例如，如果當(dāng)反饋DAC接收O時(shí)，輸出-2.5V，當(dāng)其接收1時(shí)， 輸出2.5V，則輸入的范圍為士2.5V。比較器的基準(zhǔn)電壓為輸入范圍的上邊界和 下邊界的中間值，例如，對(duì)于輸入范圍為土2.5V的情況，比較器的基準(zhǔn)電壓為 0V。比較器的基準(zhǔn)電壓代表調(diào)制器的虛地電平。由于，調(diào)制器具有一關(guān)于0對(duì) 稱的輸入范圍，所以，其虛地電平為0。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器的輸出是一串1和0。 1和0的比例代表與調(diào)制器的輸 入范圍相比較的輸入信號(hào)值。例如，如果調(diào)制器的范圍為士2.5V，輸入信號(hào)的 值為1. 0V,則輸入信號(hào)比5V范圍的下邊界高3. 5V。在此例中，輸出信號(hào)的70 %應(yīng)該由1組成。由于調(diào)制器產(chǎn)生一精確表示模擬輸入信號(hào)的數(shù)字輸出信號(hào)，所以調(diào)制器的采樣速率必須明顯高于模擬輸入信號(hào)的變化速率。
比上述的1位調(diào)制器更加先進(jìn)的西格瑪-德爾塔調(diào)制器可具有較多的調(diào)制器 和積分器。
對(duì)于作為一種在此處說明的西格瑪-德爾塔調(diào)制器，將被轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出f
號(hào)的模擬輸入信號(hào)的成分是與使用者所操作的開關(guān)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。因此，為了 使這種開關(guān)或者按鍵信號(hào)可被成功地轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)，調(diào)制器的采樣速率 必須明顯高于可以預(yù)期的使用者操作開關(guān)的速率?？梢灶A(yù)期使用者的按鍵速率
不超過20HZ(也就是每秒鐘按鍵20次)。調(diào)制器的時(shí)鐘頻率適合至少為SXFHz， 這里，S是構(gòu)成最大測量值的脈沖的數(shù)量，而F是轉(zhuǎn)換器的采樣率。調(diào)制器適宜 至少以5. 12 KHZ的頻率進(jìn)行計(jì)時(shí)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中可能應(yīng)用更高的速率。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器可以具有這樣的頻率響應(yīng)，即在保持表示開關(guān)處于觸 發(fā)和未觸發(fā)狀態(tài)的部分開關(guān)量輸出，以及對(duì)其成功地進(jìn)行數(shù)字化的同時(shí)，西格 瑪-德爾塔能成功抑制開關(guān)量輸出中的高頻顫振成分。西格瑪-德爾塔調(diào)制器的頻 率響應(yīng)依賴于調(diào)制器的精確的執(zhí)行。然而，如果西格瑪-德爾塔調(diào)制器通常認(rèn)為 包括一傳遞函數(shù)為H(Z)的環(huán)路濾波器和一增益為gQ的量化放大器，如圖15所 示，則信號(hào)的傳遞函數(shù)函數(shù)如下
(1)
此處，z = e、
對(duì)于西格瑪-德爾塔調(diào)制器的一種特定的執(zhí)行方式，通過選擇一恰當(dāng)?shù)尼姌?頻率，能夠選擇調(diào)制器的頻率響應(yīng)，以保持或者放大與開關(guān)的操作情況相關(guān)聯(lián) 的開關(guān)信號(hào)的頻率成分，并且去處與開關(guān)觸碰間產(chǎn)生的抖動(dòng)相關(guān)的頻率成分。對(duì)于一典型的西格瑪-德爾塔調(diào)制器，比較適合的采樣頻率范圍是0. 4 kHz至4. 0 kHz。
對(duì)于由量化器所引起的量化噪聲N(z)的噪聲傳遞函數(shù)如下
這樣，如果調(diào)制器作為一針對(duì)開關(guān)輸入信號(hào)的低通濾波器，則可以預(yù)期調(diào) 制器也能作為一針對(duì)量化噪聲的高通濾波器。下面將對(duì)此進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器在傳統(tǒng)的ADC上提供了改良的噪聲性能。這是通過過 采樣、噪聲整形、數(shù)字濾波和抽樣實(shí)現(xiàn)的。
傳統(tǒng)的多位ADC，通過對(duì)輸入信號(hào)以固定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣并根據(jù)輸入信 號(hào)的值將其分類至被等分的一些預(yù)定值中的一個(gè)，來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)。最簡單的1位ADC根據(jù)兩個(gè)預(yù)定的電平值將輸入信號(hào)進(jìn)行分類，并根據(jù)輸 入信號(hào)與兩個(gè)電平中的哪個(gè)電平最接近，將輸出分類為1或者0。同樣，2位ADC
根據(jù)四個(gè)預(yù)定電平將輸入信號(hào)進(jìn)行分類，并在每個(gè)采樣時(shí)期內(nèi)輸出00、 01、 10 或者11等等。與輸入信號(hào)進(jìn)行比較的電平值的數(shù)量越多，轉(zhuǎn)換器的分辨率也越 高。通過為輸入信號(hào)指定等間距的值中的一個(gè)，ADC的輸出本身就是不準(zhǔn)確的。 這是因?yàn)锳DC的輸入是一具有無數(shù)種可能狀態(tài)的連續(xù)信號(hào)，而輸出信號(hào)是一離 散函數(shù)，其不同狀態(tài)的數(shù)量由轉(zhuǎn)換器的分辨率決定。從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 丟失了一些信息，并帶來了信號(hào)失真。這個(gè)誤差的大小是隨機(jī)的，誤差值一直 到土LSB (數(shù)字輸出的最低有效位)。
圖7a示出了一正弦波信號(hào)輸入至一傳統(tǒng)的多位ADC，對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行FFT分析所得到的典型的坐標(biāo)圖。Fs為對(duì)輸入信號(hào)的采樣頻率，根據(jù)奈奎斯特定理，此采樣頻率必須至少為輸入信號(hào)帶寬的兩倍。FFT分析將信號(hào)分解為
其頻率成分。該正弦波作為具有單一頻率的大尖峰是明顯可見的。然而，許多
隨機(jī)的噪聲，從DC延伸至FS/2同樣是可見的。這些噪聲導(dǎo)致上面討論的失真 問題，并被人們稱為量化噪聲。
信號(hào)幅值與所有表示噪聲的頻率的均方根(RMS)之合相比得到信噪比 (SNR)。在常規(guī)的ADC中，SNR僅能通過提高ADC的分辨率的方式，即增加ADC
的位數(shù)，得到改善。
如圖7b所示，如果通過將過采樣率由k變?yōu)閗Fs,增加了采樣頻率，則噪 聲基底降低。雖然相對(duì)于圖7a的情況，SNR沒有改變，但是噪聲可在較寬的頻 率范圍內(nèi)傳播。西格瑪-德爾塔通過在1位ADC之后連接一數(shù)字濾波器西格瑪-德爾塔轉(zhuǎn)換器就能夠達(dá)到這種效果。濾波器的效果如圖7c所示，因?yàn)榇蟛糠衷?聲通過了數(shù)字濾波器，均方根噪聲值減小。這使得西格瑪-德爾塔調(diào)制器通過一 低分辨率的ADC得到了寬動(dòng)態(tài)范圍。
然而，西格瑪-德爾塔調(diào)制器單獨(dú)從過采樣方面考慮不能獲得高的分辨率， 因?yàn)榧词故呛侠淼姆直媛仕蟮倪^采樣率通常也太高而不能實(shí)現(xiàn)。西格瑪-德 爾塔調(diào)制器也對(duì)噪聲進(jìn)行整形，使其遠(yuǎn)離調(diào)制器的峰值增益響應(yīng)。
在圖6所示的調(diào)制器中，環(huán)路濾波器是一積分器，所以調(diào)制器對(duì)噪聲進(jìn)行 整形使其離開較低的頻率區(qū)域，而進(jìn)入較高的頻率區(qū)域。這是由于積分器對(duì)誤 差電壓進(jìn)行累積求和，因此可作為對(duì)于輸入信號(hào)的低通濾波器和對(duì)于量化噪聲 的高通濾波器。從而，大部分量化噪聲被推進(jìn)較高的頻率區(qū)域(如圖8a所示)。 過采樣改變了噪聲功率的分布狀況，而沒有改變總的噪聲功率。對(duì)于更高階的西格瑪-德爾塔調(diào)制器，通過其所具有的多于一次的積分和求 和功能而完成對(duì)噪聲的整形。
在西格瑪-德爾塔調(diào)制器的噪聲整形輸出上，如果應(yīng)用一數(shù)字濾波器，如圖 8b所示，相對(duì)于單獨(dú)采用過采樣而言可去除更多的噪聲。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器的頻率輸出是一串在采樣率的1和0。這些數(shù)據(jù)的速 率通常是比較高的，所以可以通過一數(shù)字抽取濾波器將數(shù)據(jù)的傳輸率降低至一 個(gè)更有用的值。在此過程中，如圖10所示，不會(huì)丟失有用的信息。由于數(shù)字輸 出濾波器降低了信號(hào)的帶寬，所以即使輸出數(shù)據(jù)的傳輸率低于原始的采樣率， 輸出數(shù)據(jù)的傳輸率可以滿足奈奎斯特判據(jù)。這可以通過保留某些輸入值而放棄
其他輸入值而實(shí)現(xiàn)。通過因數(shù)M (抽取比率)進(jìn)行抽取了解此過程。M可為任意 的整數(shù)值，只要輸出數(shù)據(jù)的傳輸率大于信號(hào)帶寬的兩倍。如果輸入信號(hào)以Fs進(jìn) 行采樣，則濾波輸出的數(shù)據(jù)傳輸率可以降至Fs/M，而不會(huì)丟失信息。上述的整 個(gè)系統(tǒng)如圖9所示。
當(dāng)輸入信號(hào)在調(diào)制器輸入范圍的上限和下限之間變化時(shí)，西格瑪-德爾塔調(diào) 制器提供最大的分辨率。上限和下限可認(rèn)為是在調(diào)制器的虛地電平附近的士 Vcc/2 (即，調(diào)制器的輸入范圍為Vcc)。對(duì)于優(yōu)化西格瑪-德爾塔調(diào)制器的分辨 率的一種選擇是通過在反饋通道上引入過渡循環(huán)(transition-cycles)而在西 格瑪-德爾塔調(diào)制器內(nèi)執(zhí)行一增益函數(shù)。過渡循環(huán)的凈平均值等于調(diào)制器的虛地 電平。通過在反饋通道上引入更多的過渡循環(huán)，反饋的總平均值將減小。
圖11所示的西格瑪-德爾塔調(diào)制器，在反饋通道上引入了過渡循環(huán)。環(huán)路濾 波器1101為一積分電路,量化器為一鎖存器1102，而反饋DAC被一異或門(X0R門)1103所代替。數(shù)字反饋信號(hào)和控制信號(hào)作為異或門的輸入。
圖12所示的波形A是對(duì)于輸入信號(hào)為虛地電平的一典型的反饋信號(hào)。在圖
12中，虛地電平設(shè)置為1/2Vcc。信號(hào)的占空比為50%， g卩，半周期為上限Vcc，
半周期為下限0V。因此，此信號(hào)代表了輸入信號(hào)的值為調(diào)制器輸入范圍的上限
與下限之間的中間值，如此例中的l/2Vcc。
圖12所示的波形B相當(dāng)于包括過渡循環(huán)的反饋信號(hào)。波形A是一種不歸零
波形或者NRZ波形，已被轉(zhuǎn)換為歸零(RTZ)波形。如圖中所示，過渡循環(huán)的凈
平均值為1/2Vcc (虛地)。
圖12所示的波形B很難直接合成。然而，由于過渡循環(huán)的需要僅為其凈平
均值等于虛地電平，圖12所示的波形C在積分器看來在總反饋電平方面與波形
B具有同樣的效果。波形C中，過渡循環(huán)被有效地以一對(duì)脈沖的形式實(shí)現(xiàn)，其平
均值為1/2Vcc。
波形A與波形D (如圖12所示)通過一XOR門可容易的獲得波形C。因此， 在如圖7所示的西格瑪-德爾塔調(diào)制器中，數(shù)字輸出信號(hào)(波形A)和控制信號(hào) (波形D)輸入至X0R門，以產(chǎn)生反饋信號(hào)(波形C)。注意反饋信號(hào)仍具有50 %的占空比，所以調(diào)制器仍與1/2Vcc的輸入相平衡。換句話說，對(duì)于虛地的輸 入信號(hào)，在反饋通道上引入過渡轉(zhuǎn)換不會(huì)改變其狀態(tài)。
圖13所示的波形A、 B和C是對(duì)于調(diào)制器具有滿刻度的正輸入(Vcc)的狀 態(tài)下的相似的波形。調(diào)制器的數(shù)字輸出信號(hào)為波形A。當(dāng)輸入為下限時(shí)，輸出信 號(hào)總是高電平(100%的1)。如果相同的控制信號(hào)(波形C)和數(shù)字輸出信號(hào)一 同輸入至XOR門，將生成反饋信號(hào)B。此時(shí)，反饋信號(hào)的凈直流含量為3/4Vcc。因此，3/4Vcc的輸入量將與反饋信號(hào)相平衡，而調(diào)制器的輸入上限減少1/4Vcc。
同理，如果調(diào)制器的輸入為滿量程的負(fù)輸入(0V)，同樣的控制信號(hào)將產(chǎn)生 一凈直流含量為1/4Vcc的反饋信號(hào)。因此，1/4Vcc的輸入量將與反饋信號(hào)相平 衡，而調(diào)制器的輸入上限增加1/4Vcc。
因此，總的來說，圖12所示的波形D和圖13所示的波形C將調(diào)制器的輸 入范圍由Vcc降至1/2Vcc。調(diào)制器具有一隱含的增益2。通過將進(jìn)入調(diào)制器的 輸入范圍減半，控制信號(hào)有效地實(shí)現(xiàn)了與在西格瑪-德爾塔調(diào)制器之前以2為因 數(shù)進(jìn)行放大的同樣的效果。
控制和反饋信號(hào)可以具有比數(shù)字輸出信號(hào)高的頻率。為了實(shí)現(xiàn)此種狀態(tài)， X0R門和量化器可以接收不同的時(shí)鐘信號(hào)。
控制信號(hào)同樣可用來作用一偏移量。這可以通過使用與圖11中所示的電路 相同的基本電路實(shí)現(xiàn)。在這種應(yīng)用中，控制信號(hào)被排列，使得過渡循環(huán)以一種 非對(duì)稱方式被注入到反饋信號(hào)中。在輸出信號(hào)中，替換的'1'多于'0'，使產(chǎn) 生的反饋信號(hào)為輸入信號(hào)提供一正的偏移量。這是由于反饋信號(hào)中的凈直流含 量隨著反饋信號(hào)中以對(duì)稱方式注入同樣數(shù)量的過渡循環(huán)而減少。同理，替換的 '0'多于<1'，可以提供一負(fù)的偏移量。
在反饋信號(hào)中引入過渡循環(huán)意味著去除了某些光譜的噪聲整形信息。因此， 不可避免地降低了調(diào)制器可達(dá)到的SNR。例如，在控制信號(hào)為圖12的波形D和
圖13的波形C的形式的情況下，反饋至調(diào)制器的信號(hào)的四分之一被過渡循環(huán)所 取代。換句話說，僅反饋信號(hào)的75%包含噪聲整形含量，而剩余的25%包含增 益比例(和偏移量)含量。因此，對(duì)于一6dB的增益(以2為因數(shù))，SNR降低2.5dB (因數(shù)大約為1.3)。
如圖14所示，為一種具有改良的噪聲性能的西格瑪-德爾塔調(diào)制器。 如上說明，此西格瑪-德爾塔調(diào)制器的允許的輸入范圍由反饋信號(hào)的高電壓 和低電壓決定。在一實(shí)施方式中，反饋信號(hào)的高電壓和低電壓被設(shè)置為兩個(gè)邊 界電壓。反饋信號(hào)通過利用數(shù)字輸出信號(hào)在兩個(gè)邊界電壓之間選擇而形成的。 通過為邊界電壓選擇恰當(dāng)?shù)闹刀刂莆鞲瘳?德爾塔調(diào)制器的隱含的增益和偏移
如圖14所示，為一種通過設(shè)置邊界電壓而控制有效的增益和偏移量的西格 瑪-德爾塔調(diào)制器。調(diào)制器包括連接在一個(gè)反饋回路中的一求和單元1401、 一積 分器1402， 一量化器1403和一選擇電路1404。
求和單元被設(shè)置為接收模擬輸入信號(hào)和由選擇電路輸出的調(diào)整信號(hào)。求和 單元從模擬輸入信號(hào)中減去調(diào)整信號(hào)，將進(jìn)行過減法運(yùn)算的信號(hào)輸入至積分器。 積分器對(duì)進(jìn)行過減法運(yùn)算的信號(hào)進(jìn)行濾波，并向量化器輸出已濾波的信號(hào)，量 化器將積分信號(hào)與一基準(zhǔn)信號(hào)作比較。如果積分器輸出的信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)， 則輸出"'，如果積分器輸出的信號(hào)小于基準(zhǔn)信號(hào)，則輸出'0'。從而，模擬 輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)。
調(diào)制器輸出數(shù)字輸出信號(hào)。數(shù)字輸出信號(hào)被反饋至選擇電路。選擇電路的 作用是通過調(diào)整信號(hào)設(shè)置西格瑪-德爾塔調(diào)制器的輸入范圍。
如圖10所示的選擇電路包括一多路開關(guān)選擇器1405、第一DAC1406，第二
DAC1407和一控制單元1408。多路開關(guān)選擇器接收作為輸入的數(shù)字輸出信號(hào)和 兩個(gè)邊界值。每個(gè)邊界值是由兩個(gè)DAC分別輸出的電壓值。第一DAC輸出第一邊界值，而第二 DAC輸出第二邊界值。每個(gè)DAC輸出的電壓由控制單元產(chǎn)生的 控制信號(hào)所控制。因此，控制單元通過兩個(gè)控制信號(hào)能夠控制輸入至多路開關(guān) 選擇器的邊界值。
控制單元可通過軟件實(shí)施。由控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)可是數(shù)字信號(hào)。 數(shù)字輸出信號(hào)控制在任意給定的時(shí)間由多路開關(guān)選擇器輸出兩個(gè)邊界值中 的哪個(gè)邊界值。當(dāng)數(shù)字輸出信號(hào)是高電平時(shí)，即，當(dāng)西格瑪-德爾塔調(diào)制器正輸 出'r，多路開關(guān)選擇器輸出兩個(gè)邊界值中的一個(gè)邊界值。當(dāng)數(shù)字輸出信號(hào)是 低電平，即，當(dāng)西格瑪-德爾塔調(diào)制器正輸出'0'，多路開關(guān)選擇器輸出兩個(gè)邊 界值中的另外一個(gè)邊界值。因此，由多路開關(guān)選擇器輸出的調(diào)整信號(hào)包含與數(shù)
字輸出信號(hào)相同序列的i和o，但是，數(shù)字輸出信號(hào)中的每個(gè)'r和'o'的電
平分別被兩個(gè)邊界值的各自的一個(gè)值所代替。因此，在調(diào)整信號(hào)變化之間的上 限和下限可以通過調(diào)整兩個(gè)邊界值控制。如此，通過西格瑪-德爾塔調(diào)制器應(yīng)用 到模擬輸入信號(hào)的增益和偏移量可以由控制單元直接地控制。
因此， 一開關(guān)電路可以方便地使用一西格瑪-德爾塔調(diào)制器接收由一系列開 關(guān)輸出的模擬信號(hào)，對(duì)此模擬信號(hào)進(jìn)行低通濾波以去除不希望的顫振頻率，并 輸出一數(shù)字開關(guān)信號(hào)。然后，此數(shù)字開關(guān)信號(hào)可被如一鍵盤控制器接收。
由西格瑪-德爾塔調(diào)制器輸出的數(shù)字輸出信號(hào)是以一小串1和o表征模擬輸
入信號(hào)的脈沖密度調(diào)制信號(hào)。開關(guān)電路中的西格瑪-德爾塔調(diào)制器適當(dāng)?shù)貙?duì)模擬 輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波。這產(chǎn)生了脈沖密度調(diào)制輸出信號(hào)，在脈沖密度調(diào)制輸 出信號(hào)中，代表模擬輸入信號(hào)的高頻成分(來源與觸頭抖動(dòng))的部分相對(duì)于代 表模擬輸入信號(hào)的低頻成分(來源于開關(guān)的使用觸發(fā))被抑制。這里需要清楚的是上述的一階西格瑪-德爾塔調(diào)制器僅是舉例，本發(fā)明的原 理與其它調(diào)制器保持相同。任何種類的西格瑪-德爾塔調(diào)制器都可以被使用，例 如，模擬、數(shù)字或者交換電容器。所示的環(huán)路濾波器特定為積分器，然而，可 以使用任何使調(diào)制器關(guān)于輸入信號(hào)具有低通頻率響應(yīng)的環(huán)路濾波器。雖然所示 的量化器為二級(jí)量化器，但是可以采用任何級(jí)別的量化器。根據(jù)本發(fā)明的方法 對(duì)于任何階數(shù)的調(diào)制器均是適用的。
如上所述， 一種西格瑪-德爾塔調(diào)制器被方便地作為一去抖動(dòng)電路的應(yīng)用是 在便攜式媒體播放器中，此便攜式媒體播放器具有一設(shè)置在播放器與一套耳機(jī) 之間的導(dǎo)線上的包括鍵區(qū)的用戶輸入裝置。在此應(yīng)用中，西格瑪-德爾塔調(diào)制器 可方便地被用作產(chǎn)生來自多個(gè)鍵的一單一的數(shù)字輸出流。如此，僅需要一單一 的線路傳送代表鍵入多媒體播放器的輸入信息，以進(jìn)行處理。另一種選擇是， 用戶輸入設(shè)備自身包含一鍵盤控制器，并因此可以根據(jù)鍵入的輸入信息確定命 令，例如向耳機(jī)發(fā)送一控制音量的命令。
每個(gè)西格瑪-德爾塔調(diào)制器可接收由被掃描的鍵盤矩陣中的一單一的行產(chǎn)生 的輸入信號(hào)。另一種選擇是，被掃描的鍵盤矩陣可產(chǎn)生一單一的表示矩陣中每 個(gè)開關(guān)的狀態(tài)的輸出流。這可通過將一行輸出的每個(gè)信號(hào)反饋至多路開關(guān)選擇 器，多路開關(guān)選擇器在矩陣每行輸出的模擬信號(hào)之間依次地選擇，以產(chǎn)生一單 一的模擬輸入信號(hào)。多路開關(guān)選擇器的時(shí)鐘速率比矩陣各列被順次激活的速率 快，以使多路開關(guān)選擇器在一單一列被激活的時(shí)間內(nèi)輸出每行輸出的信號(hào)。單 一的輸出信號(hào)繼續(xù)被輸入至西格瑪-德爾塔調(diào)制器，以進(jìn)行濾波處理，并轉(zhuǎn)換為 數(shù)字形式。雖然，西格瑪-德爾塔調(diào)制器可優(yōu)選在具有多個(gè)開關(guān)的應(yīng)用中被用作一去抖 動(dòng)電路，但是西格瑪-德爾塔調(diào)制器同樣也可以被用在只包含一單一開關(guān)的應(yīng)用 中。西格瑪-德爾塔調(diào)制器在提供快速響應(yīng)的同時(shí)，提供了一種可有效地去除顫 振的去抖動(dòng)電路。如上所述，西格瑪-德爾塔調(diào)制器也提供了實(shí)現(xiàn)有效增益和偏 移量的機(jī)會(huì)。
雖然，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的去抖動(dòng)電路是特定地關(guān)于一種在便攜式媒 體設(shè)備的用戶輸入裝置中的實(shí)現(xiàn)，但是，需要清楚的是，這僅是以舉例的目的 說明的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的去抖動(dòng)電路可方便在需要進(jìn)行開關(guān)去抖動(dòng)處 理的應(yīng)用中使用。
據(jù)此，申請(qǐng)人在此以分解的方式公開的每個(gè)單獨(dú)的特征，以及兩個(gè)或者更 多這種特征的任何結(jié)合，達(dá)到了這種特征或者結(jié)合能夠總體上基于本說明書， 并根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所掌握的公有的普通知識(shí)而實(shí)現(xiàn)的程度，而不考慮這 種特征或者特征的結(jié)合是否解決任何在這里公開的問題，以及是否不在權(quán)利要 求限制的范圍內(nèi)。申請(qǐng)人指出，本發(fā)明的所有方面可由任何這種特征或者特征 的結(jié)合組成。由于在前的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的范圍 內(nèi)可以進(jìn)行不同的變型是很顯然的。
權(quán)利要求
1、一種開關(guān)電路，包括一具有兩個(gè)觸點(diǎn)元件的機(jī)械開關(guān)，對(duì)此開關(guān)進(jìn)行操作，使兩個(gè)觸點(diǎn)元件發(fā)生物理接觸，并因此而輸出一代表開關(guān)動(dòng)作的模擬開關(guān)信號(hào)；以及，一西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用以接收此模擬開關(guān)信號(hào)，并輸出一與模擬開關(guān)信號(hào)相關(guān)的數(shù)字開關(guān)信號(hào)，西格瑪-德爾塔調(diào)制器具有使其能夠抑制模擬輸入信號(hào)中的相對(duì)較高的頻率成分，并因此有效地對(duì)開關(guān)的輸出量進(jìn)行去抖動(dòng)處理的頻率響應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)電路，其中開關(guān)電路包括多個(gè)機(jī)械開 關(guān)，并且開關(guān)電路被設(shè)置為由該多個(gè)開關(guān)輸出，并由該西格瑪-德爾塔調(diào)制 器接收一代表多個(gè)開關(guān)中每個(gè)開關(guān)動(dòng)作的單一的模擬開關(guān)信號(hào)由。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開關(guān)電路，其中開關(guān)電路包括一擴(kuò)展為兩 維的開關(guān)陣列，每個(gè)開關(guān)在第一維方向上位于在一行上，在第二維方向上 位于一列上，并且陣列的每行被設(shè)置為輸出單一的代表位于此行上的每個(gè) 開關(guān)動(dòng)作的模擬開關(guān)信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種開關(guān)電路，其中開關(guān)電路被設(shè)置為通過依 次向每列施加一電流而順序地觸發(fā)陣列中的每列，由陣列中的一行所輸出 的單一的模擬開關(guān)信號(hào)的瞬時(shí)值，代表了此行上的位于當(dāng)前被觸發(fā)列位置 處的開關(guān)動(dòng)作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中.-開關(guān)電路被設(shè)置為多個(gè)開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)的動(dòng)作致使單一的模擬開關(guān)信號(hào) 具有特定的電平。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種開關(guān)電路，其中特定的電平是相同的，不 考慮是哪個(gè)開關(guān)在動(dòng)作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種開關(guān)電路，其中特定的電平與動(dòng)作的開關(guān) 相關(guān)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種開關(guān)電路，其中位于陣列的一行上的每個(gè) 開關(guān)與一特定的電平相關(guān)聯(lián)，使得位于此行上的一個(gè)開關(guān)的動(dòng)作會(huì)致使單 一的模擬開關(guān)信號(hào)，具有與被操作開關(guān)相關(guān)聯(lián)的特定的電平。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種開關(guān)電路，其中陣列的一行包括一分壓器， 而且位于此行上的每個(gè)開關(guān)與分壓器內(nèi)的一特定的電平位置相連接，使得 操作一個(gè)開關(guān)將致使單一的模擬開關(guān)信號(hào)，具有與被操作開關(guān)相關(guān)聯(lián)的特 定的電平。
10、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中 西格瑪-德爾塔調(diào)制器包括一求和單元，用于將模擬開關(guān)信號(hào)與一調(diào)整信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，以形成一 求和輸出信號(hào)；一積分器，設(shè)置為接收求和輸出信號(hào)，并形成與此求和輸出信號(hào)相關(guān)的積 分器輸出信號(hào)；一量化器，設(shè)置為接收積分器輸出信號(hào)，并形成與此積分器輸出信號(hào)相關(guān)的數(shù)字開關(guān)信號(hào)；以及， 一反饋回路，以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種開關(guān)電路，其中反饋回路包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用以接收數(shù)字輸出信號(hào)，并產(chǎn)生與此數(shù)字輸出信號(hào)相關(guān)的調(diào)整信號(hào)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種開關(guān)電路，其中反饋回路包括一邏輯電路，設(shè)置為在兩個(gè)預(yù)定值中選擇一個(gè)用于調(diào)整信號(hào)，選擇的執(zhí)行依賴于該 數(shù)字輸出信號(hào)和一個(gè)控制信號(hào)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種開關(guān)電路，其中反饋回路包括一選擇電 路，設(shè)置為在兩個(gè)邊界值中選擇一個(gè)用于調(diào)整信號(hào)，選擇的執(zhí)行依賴于該 數(shù)字輸出信號(hào)。
14、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中 西格瑪-德爾塔調(diào)制器設(shè)置為對(duì)模擬輸入信號(hào)以一采樣率進(jìn)行采樣，此采樣 率超過使用者對(duì)機(jī)械開關(guān)進(jìn)行操作的最高頻率。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種開關(guān)電路，其中西格瑪-德爾塔調(diào)制器設(shè) 置為對(duì)模擬輸入信號(hào)以超過20Hz的采樣率進(jìn)行采樣。
16、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中 西格瑪-德爾塔調(diào)制器設(shè)置為接收一頻率大于等于5. 12 KHz的時(shí)鐘信號(hào)。
17、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中 西格瑪-德爾塔調(diào)制器被配置為對(duì)模擬開關(guān)信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
18、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一種開關(guān)電路，其中 西格瑪-德爾塔調(diào)制器所具有的頻率響應(yīng)，使得其可以抑制代表使用者操作 機(jī)械開關(guān)的模擬輸入信號(hào)中的相對(duì)于低頻成分而言相對(duì)較高的頻率成分。
19、 一種將西格瑪-德爾塔調(diào)制器用于對(duì)機(jī)械開關(guān)的輸出進(jìn)行去抖動(dòng)處理的 用途。
20、 一種基本如上述文字及附圖所描述的開關(guān)電路。
21、 一種西格瑪-德爾塔調(diào)制器的基本如上述文字和附圖所描述的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電路，包括一具有兩個(gè)觸點(diǎn)元件的機(jī)械開關(guān)，對(duì)此開關(guān)進(jìn)行操作，使兩個(gè)觸點(diǎn)元件發(fā)生物理接觸，并因此而輸出一代表開關(guān)動(dòng)作的模擬開關(guān)信號(hào)；以及，一西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用以接收此模擬開關(guān)信號(hào)，并輸出一與模擬開關(guān)信號(hào)相關(guān)的數(shù)字開關(guān)信號(hào)，西格瑪-德爾塔調(diào)制器所具有的頻率響應(yīng)使其可抑制模擬輸入信號(hào)中的相對(duì)較高的頻率成分，而因此有效地對(duì)開關(guān)的輸出量進(jìn)行去抖動(dòng)處理。
文檔編號(hào)H03K5/1254GK101584118SQ200780034448
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者約翰·鄧肯·羅伯特·麥考利 申請(qǐng)人:Gs Ip有限責(zé)任公司