Complex Digital Hardware Design学习笔记(五)——第二章IO标准其他内容

按钮和用户操作开关的去抖动

FIGURE 2.21 Input debouncing issue.

按钮和用户操作开关在完全接触之前，其输出会出现上下弹跳。慢速模拟信号的上升时间为1微秒或更慢，而快速上升时间的噪声则会叠加在其顶部，如图2.21所示。这两种情况都会导致数字输入引脚注册多次状态转换。

解决方案

有两个解决方案：

1. 使用模拟滞后比较器。
2. 在FPGA中使用去抖动逻辑或在处理器软件中使用去抖动代码。

模拟滞后比较器的缺陷

相比之下，比较器并不是首选，因为它需要额外的组件进行购买，并占用电路板空间。在阈值穿越期间，输出数字波形会在几纳秒或微秒内切换多次，这可能违反内部逻辑的保持时序，或者可能使状态机误认为开关已关闭，从而采取诸如关闭系统等操作。

去抖动逻辑的实现

去抖动解决方案相对简单。其逻辑是使用一个状态机：

• 如果检测到输入转换，则状态机进入等待状态。
• 在等待状态中，它将等待去抖动时间（假设为100微秒），然后检查信号是否仍处于新状态。
• 如果是，则转入稳定状态并确认其输出。

输入信号应直接馈送给去抖动状态机，否则任何下游逻辑都可能因亚稳态而变得不可靠。这就要求在代码中为每个慢速信号输入插入一个状态机。虽然这会导致信号检测上有小延迟，但在大多数情况下，这是可以接受的。

静电放电（ESD）保护