チャタリングとは?原因と対策方法について

チャタリングとは、主にリレー、スイッチがオンする際に機械的な振動によって短い周期のオン・オフを繰り返すことを言います。
電子回路でも発生し、バッファのHi-Loの切り替わり時に同様の振動を繰り返すことがあります。

本稿では、チャタリングの発生原因と対策、防止回路について解説していきます。

チャタリングが発生する原因

スイッチをオンにすると、接点でスイッチが跳ね返り、弾性振動により接点とくっついたり離れたりを繰り返します。
そのため、スイッチをオンしてからしばらくの間、負荷にHi-Loのパルス波形が印加されてしまいます。

チャタリング

電子回路のチャタリング

バッファの入力にノイズが乗っていて、しかも立ち上がり、立ち下がりが鈍った波形が入力されると、出力にチャタリングが発生します。
ノイズによってしきい値を複数回跨いでしまい、出力反転を繰り返してしまうためです。

バッファのチャタリング チャタリング波形

ヒステリシスの小さいコンパレータやトランジスタ受けのオープンドレイン回路などでも同様にチャタリングが発生します。

チャタリングの対策、防止

メカスイッチのチャタリングの防止は困難ですので、発生する前提での対策を考える必要があります。
電子回路のチャタリングは、発生を防止するように設計するのが基本です。

RCフィルタによる対策

もっとも簡単なのが、RCフィルタによるチャタリング波形の除去です。

チャタリング対策回路 チャタリング対策波形

ただし、デメリット2つあります。

  1. 出力波形が鈍る
  2. 出力ラインに抵抗が入るので、負荷のインピーダンスが低いと電圧降下が発生する

フリップフロップを使った対策

RSフリップフロップで、一回目のHiエッジを保持することで、その後のチャタリング信号を無視できます。
一般的なチャタリング防止回路を以下に示します。

RSフリップフロップによるチャタリング防止回路 RSフリップフロップのタイムチャート

フリップフロップの動作を解説

ソフトによる対策

マイコンで信号を処理する場合は、ソフト処理でフィルタします。
マイコンに入力された信号を一定間隔で読み取り、規定回数連続でHi判定してはじめてHiレベルが入力されたと判定します。
10us、8度読みフィルタなら、10us間隔で入力信号を読み取り、8回連続でHi判定するとHiレベルを確定させます。

チャタリングのソフト対策

チャタリングの発生を防止する

バッファなどによるチャタリングの発生を防止するには、以下のような対策が考えられます。

  • 入力信号を十分デジタル化する(S/Rを大きくする)
  • シュミットバッファで受ける
  • ヒステリシス幅が十分なコンパレータで受ける

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