Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Fehlimpulsen. Die Erfindung bezieht sich Such auf eine Anwendung des Verfahrens.
Es ist bekannt. dass bei Betätigung von Schaltkontakten, insbesondere von Relaiskontakten. neben gewünschten Impul sen auch Fehlimpulse entstehen können. Als eine Ursache für solche Fehlimpulse kennt man Kontaktprellungen. Als eine weitere Ursache für Fehlimpulse können sich rasch f91- gende kalte Entladungsvorgänge angesehen werden. Beide Ursachen sind in der Literatur behandelt worden, vergleiche beispielsweise al In bezug auf Prellungen: Contact bounce in dry reed relais". R. 0. Jenkins; Proc. IEE. Vol. 114, No. 11, Nov.
1967 b) in bezug auf kalte Entladungsvorgänge: The mecha nisms of the showering arc . Gordon W. Mills, IEEE
Transaction on party materials and packaging, Vol.
PMP-5, No. 1, March 1969 und Contacts in communica tions . Carl-Robert Ringström. 5. Int. Tagung über elektri sche Kontakte, München, (4.-9. Mai 1970) Band 2, VDE
Verlag GmbH, 1 Berlin 12. Bismarckstr. 33.
Die genannten Fehlimpulse. was immer auch ihre Ursache sein mag, haben in Stromkreisen mit verhältnismässig träge arbeitenden Bauteilen meist keine nachteiligen Wirkungen. ja sie werden deshalb oft gar nicht erkannt. Andere Ver- hältnisse liegen jedoch in Stromkreisen vor, welche äusserst flink arbeitende Bauteile, wie beispielsweise integrierte Stromkreise, enthalten. So wurde beispielsweise festgestellt, dass bei der manuellen Eingabe digitaler Daten, beispielsweise von Impulsen in elektronische Schaltanordnungen, häufig Fehlresultate zustande kamen, deren Ursachen auf die genannten Fehlimpulse bei der Betätigung der für die Dateneingabe vorgesehenen Drucktastenkontakte zurückzuführen war.
Da Kontaktprellungen durch mechanische Massnahmen nicht in ausreichendem Masse unterdrückt werden können, vergleiche hierzu die unter a) vorstehend zitierte Literaturstelle, und da ausserdem die auf showering arc beruhenden Fehlimpulse bisher nicht erfolgreich beseitigt werden konnten. liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur Unterdrückung der schädlichen Wirkung der genannten Fehlimpulse. Eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung betrifft die Impulseingabe in elektronische Schaltanordnungen, insbesondere bei der Dateneingabe mittelst Drucktasten betätigter Kontakte.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Fehlimpulsen. welche bei Betätigung eines Schaltkontaktes auftreten. welches dadurch gekennzeichnet ist. dass durch einmalige oder mehrmalige Kontaktschliessungen bzw. einmaligen oder mehrmaligen Stromübergang pro Betätigung des Schaltkontaktes ein Speisestromkreis einmal bzw. mehrere Male pro Betätigung des Schaltkontaktes an einen Speicherstromkreis angeschaltet und hierbei ein im Speicherstromkreis enthaltener Speicherkondensator in einem bzw.
mehreren Schritten aufgeladen wird, worauf sich der Speicherkondensator des Speicherstromkreises nach Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes eines in einem dem Speicherstromkreis nachgeschalteten Entladestromkreis enthaltenen Schaltungselementes mit Durchbruchcharakteristik in einem einmaligen Entladungsvorgang über den Entladungsstromkreis entlädt und hierdurch im Entladungsstromkreis nur ein einziger Nutzimpuls pro erfolgte Kontaktbetätigung auftritt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausfüh -rung des genannten Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch einen zwischen einem Speisestromkreis und einem einen Speicherkondensator enthaltenden Speicherstromkreis liegenden betätigbaren Schaltkontakt und durch einen dem Speicherstromkreis bzw. dessen Speicherkondensator zugeordneten Entladestromkreis mit einem Schaltungselement mit Durchbruchcharakteristik, welches bei Erreichung eines vorgegebenen Schwellwertes einen Entladungspfad für den Speicherkondensator des Speicherstromkreises freigibt.
Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung des genannten Verfahrens zur Erzeugung von Steuerimpulsen für die
Eingabe digitaler Informationen in eine elektronische Schaltanordnung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten einfachen Ausführungsbeispiels.
Fig. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels als einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
In der Fig. 1 enthält ein Speisestromkreis 1 eine Batterie 2 deren Pluspol an einer Klemme 3 liegt und deren Minuspol mit einer Nullpotentialsammelschiene 4 verbunden ist.
An die Klemme 3 ist ein Pol eines Schaltkontaktes 5 angeschlossen, dessen anderer Pol mit einer weiteren Klemme 6 verbunden ist. An diese weitere Klemme 6 und an die Nullpotentialsammelschiene 4 ist ein Speicherstromkreis 7 mit einem Widerstand 8 und einem ersten Speicherkondensator 9 angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen dem
Widerstand 8 und dem Speicherkondensator 9 ist an eine
Klemme 10 geführt. Diese Klemme 10 stellt die Ausgangsklemme des Speicherstromkreises 7 dar. An die Ausgangsklemme 10 des Speicherstromkreises 7 ist ein zur Nullpotentialsammelschiene 4 führender Entladestromkreis 11 angeschlossen. Der Entladestromkreis 11 enthält ein Schaltungselement 12 mit Durchbruchcharakteristik.
Als solches Schaltelement 12 eigent sich besonders gut ein programmierbarer Unijunctionstransistor (vergl. hiezu Application Note 90.70
11/67 The D13T programmable Unijunctiontransistor by W. R. SpoffordlGeneral Electric/Semiconductor Products Department Siracuse/USA).
Die Referenzelektrode 13 des programmierbaren Unijunc- tiontransistors ist dabei mit dem Verbindungspunkt 14 zweier als Spannungsteiler 15 in Serie geschalteter Widerstände 16 und 17 verbunden. Der Spannungsteiler 15 liegt an der vollen Batteriespannung, denn das freie Ende des Widerstandes 16 ist mit der Klemme 3 und das freie Ende des Widerstandes 17 ist mit der mit dem Minuspol der Batterie verbundenen Nullpotentialsammelschiene 4 verbunden.
In Serie zum Schaltungselement 12 mit Durchbruchcharakteristik liegt ein Widerstand 18, welcher die Kathode 19 des genannten Schaltungselementes 12 mit der Nullpotentialsammelschiene 4 verbindet. Zwischen der mit der Kathode 19 verbundenen Ausgangsklemme 20 der Vorrichtung und einer an der Nullpotentialsammelschiene 4 angeschlossenen Klemme 21 tritt bei Betätigung des Schaltkontaktes 5 ein Nutzimpuls auf. Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend erläutert. Bei Betätigung des Schaltkontaktes 5 (beispielsweise beim Drücken der zugeordneten Taste) wird der Speicherstromkreis 7 mindestens einmal an den Speisestromkreis 1 angeschlossen. Treten Fehlimpulse auf, so kann sichPdieser Anschluss bei einmaliger, beispielsweise manueller, Betätigung des Schaltkontaktes 5 beispielsweise 5...50 mal wiederholen.
Während jeder Schliesszeit des Schaltkontaktes 5, beziehungsweise bei jedem Stromübergang, wird der im Speicherstromkreis 7 liegende Speicherkondensator 9 schrittweise aufgeladen. Die Spannung am Kondensator 9 wächst dabei entsprechend der Zeitkonstante T1 = R C an, wobei R gleich dem Wider standswert des Widerstandes 8 und C gleich der Kapazität des Kondensators 9 ist.
Durch den Spannungsteiler 15 wird der Referenzelektrode 13 des als Schaltungselement 12 wirkenden programmierbaren Unijunctiontransistor eine Referenzspannung zugeführt, welche ein definierter Bruchteil der Speisespannung der Batterie 2 ist. Bei unstabiler Batteriespannung kann der Spannungsteiler 15 auch spannungsstabilisierende Schaltungselemente wie Zenerdioden usw. enthalten. Beispielsweise wird bei einer Batteriespannung von 12 Volt die Referenzspannung zu 6 Volt gewählt. Durch diese Referenzspannung wird ein bestimmter Schwellwert vorgegeben, bei welchem das unterhalb dieses Schwellwertes praktisch stromundurchlässige Schaltungselement 12 durchbricht bzw. plötzlich einen niedrigen Durchlasswiderstand erhält. Dieser bestimmte Schwellwert liegt bei einem programmierbaren Unijunctiontransistor nur wenige Zehntelvolt über der Referenzspannung.
Beim Ansprechen des Entladestromkreises 11 wird der Speicherkondensator 9 schlagartig über das Schaltungselement 12 und den dazu in Serie geschalteten relativ niederohmigen Widerstand 18 zur Nullpotentialsammelschiene 4 entladen. Die Zeitspanne zwischen dem erstmaligen Schliessen des Schaltkontaktes 5 und dem Ansprechen des Entladestromkreises sei als Ansprechzeit T1, bezeichnet.
Zufolge dieses Entladungsvorganges entsteht an der Kathode 19 ein einmaliger Nutzimpuls, welcher an eine Ausgangsklemme 20 der Vorrichtung geführt wird. Trotz möglicher Kontaktprellungen des Schaltkontaktes 5 anlässlich seiner Betätigung erscheint nur ein einziger Nutzimpuls pro Betätigung. Fehlimpulse, welche durch die Kontaktprellungen und/oder durch kalte Entladungsvorgänge erzeugt worden sind, werden von der Vorrichtung unterdrückt.
Eine Vorrichtung nach vorliegender Erfindung eignet sich besonders für die manuelle Eingabe digitaler Daten in eine elektronische Schaltanordnung, welche mit sehr flink arbeitenden Bauteilen ausgerüstet ist. Durch diese Vorrichtung werden dann keine Fehlimpulse zufolge Kontaktprellungen und/oder kalter Entladungsvorgänge in die elektronische Schaltungsanordnung eingegeben und von dieser fälschlicherweise ausgewertet.
Es ist vorteilhaft, in einem bestimmten Anwendungsfall die bei einem vorgesehenen Schaltkontakt 5 praktisch auftretenden Prellvorgänge bzw. kalten Entladungsvorgänge experimentell nachzuprüfen und die Gesamtdauer der Prellungen bzw. des mehrfachen Stromüberganges zufolge kalter Entladungsvorgänge mit bekannten Mitteln, beispielsweise oszillographisch, festzustellen. Es ist dann vorteilhaft, die Ansprechzeit T1 durch Wahl der Zeitkonstante T1 und der Referenzspannung nur wenig länger als die genannte Gesamtdauer zu wählen. Beispielsweise können 50 Prellungen bzw. Strom übergänge in einer Zeitdauer von etwa 1 2 Millisekunden abgeklungen sein, so dass die Ansprechzeit Tl' vorzugsweise zu etwa 3. .5 Millisekunden gewählt werden kann.
Da bei einer manuellen Betätigung eines als Drucktaste ausgebildeten Schaltkontaktes 5 eine erneute Betätigung normalerweise nicht vor Ablauf von etwa 100 Millisekunden erfolgt, hat es sich ausserdem als vorteilhaft erwiesen, die Erfindung weiter auszugestalten.
Die Fig. 2 zeigt ein Schaltbild für ein zweites Ausführungsbeispiel. In Fig. 2 sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Nach diesem weiteren Ausführungsbeispiel wird dem Speisestromkreis 1 eine bestimmte Zeitkonstante T2 verliehen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Batterie 2 über einen Widerstand 22 einen weiteren Speicher kondensatot 23 auflädt bzw. geladen hält. Die im weiteren Speicherkondensator 23 gespeicherte Energie wird dabei zweckmässig nur wenig grösser gewählt als für das einmalige Ansprechen des Entladestromkreises 11 pro Betätigung des Schaltkontaktes 5 erforderlich ist. Die Zeitkonstante T2 wird vorzugsweise grösser gewählt als die früher erwähnte Gesamtdauer bis zum Verschwinden der Fehlimpulse.
Nach einer ersten Betätigung des Schaltkontaktes 5, welche zur Auslösung eines zugehörigen Nutzimpulses am Ausgang der Vorrichtung geführt hat, kann dann nämlich erst nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer T2' durch erneute Betätigung des Schaltkontaktes 5 eine erneute Aufladung des Speicherstromkreises 7 erfolgen. Eine zufällig verfrühte erneute Betätigung des Schaltkontaktes 5 hat keine nachteiligen Folgen.
Da üblicherweise die Eintastung von Steuerimpulsen in eine elektronische Schaltanordnung visuell angezeigt wird, erkennt man dabei sofort wenn eine irrtümlich zu früh erfolgte Betätigung des Schaltkontaktes 5 nicht zur Bildung eines Nutzimpulses bzw. zum Ansprechen der nachgeschalteten elektronischen Schaltanordnung geführt hat.
Für die Dimensionierung der verschiedenen Zeitkonstanten bzw. Ansprechzeiten empfiehlt sich die Beachtung folgender Richtlinien; 1. Die Ansprechzeit T1, wird durch geeignete Wahl der
Zeitkonstante T des Speicherstromkreises 7 und im Hin blick auf die in einem bestimmten Anwendungsfall vorlie genden Spannungsverhältnisse zweckmässige Wahl der
Durchbruchspannung des Schaltelementes mit Durch bruchcharakteristik auf einen Wert eingestellt, der min destens etwas höher liegt als die längste beobachtete bzw. zu erwartende Dauer für das Verschwinden der Prel lungen des Schaltkontaktes 5 bzw. der kalten Entladungs vorgänge. Je länger die Ansprechzeit T1, ist, um so siche rer werden Fehlimpulse unterdrückt.
Eine unnötig lange
Ansprechzeit Ti' ist jedoch unerwünscht, da sie die zuläs sige Repetitionsfrequenz für die Betätigung des Schalt kontaktes 5 begrenzt.
2. Die Zeitkonstante T2 des Speisestromkreises begrenzt die höchstmögliche Repetitionsfrequenz der Betätigung des Schaltkontaktes 5 zur Erzeugung von Nutzimpulsen.
Je kleiner T2 gewählt wird, um so rascher darf eine er neute Betätigung des Schaltkontaktes 5 zur Auslösung eines Nutzimpulses erfolgen. Zweckmässig ist eine Zeit konstante T2, welche um einiges grösser als die Ansprech zeit T1, ist, beispielsweise doppelt so gross.
3. Die Wahl des Schaltungselementes 12 mit Durchbruch charakteristik hängt weitgehend von den in einem be stimmten Anwendungsfall herrschenden Spannungsver hältnisse ab. Unijunctiontransistoren, insbesondere pro grammierbare Unijunctiontransistoren von der Art Gene räl Electric, D12T1 oder D13T2 haben sich als besonders geeignet erwiesen. Sie bieten den Vorteil, dass die Durch bruchspannung leicht einstellbar und äusserst konstant ist. Zudem sind solche Schaltungselemente relativ preis wert erhältlich, so dass die erfindungsgemässe Vorrich tung mit kleinem Aufwand realisiert werden kann. Dies ist besonders dann wichtig, wenn die Unterdrückung von
Fehlimpulsen bei zahlreichen Schaltkontakten vorgenom men werden muss.
Zur Erzielung eines Ausgangsimpulses mit einer bestimmten Impulsdauer kann ari die Vorrichtung gemäss Fig. 1 oder 2 ein Impulsformer bekannter Bauart, beispielsweise ein mono- oder bistabiler Flip-Flop angeschlossen werden. Zum Abbau allfälliger Restladungen im Speicherkondensator 9 kann zu diesem ein hochohmiger Nebenschluss angeordnet werden. Die sich hierdurch ergebende Entladungszeitkonstante wird vorteilhafterweise einige Mal grösser als die genannte Ansprechzeit T1, gewählt.