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2020.07.19

クリック反応が悪くなった ELECOM Mouse M-XGL10DB に使われている D2FC-3M のチャタリングの様子を見てみる - チャタリング除去アルゴリズムの限界を超えている？

カテゴリ：電子工作

クリック反応が悪くなった ELECOM Mouse M-XGL10DB に使われている OMRON D2FC-3M がチャタリングを起こしているのか、波形を見ることにした。

接点は機械なので、チャタリングは新品でもある。クリックをしたという状況判定に影響が出る程度のチャタリングかどうかだ。マウスの操作にダブルクリックがある。恐らく、2 回のクリックとして分離するかどうか、判断できない On/Off の繰り返し継続があると、反応が悪くなると考えられる。

左ボタン周辺の回路を追ってみる。次の様な回路になっていると思われる。nRF24LE1E データシートと読み合わせて、不自然なところは無い。右ボタンも同様だと思われる。

PDF の回路図、 bschv3 ソース

nRF24LE1E GPIO 端子に D2FC-3M の Normally Off 側を接続した回路だ。nRF24LE1E の pull-up 抵抗を On にして、マウスボタンを押していないときは High Level、マウスボタンを押したときは Low Level になる回路だ。

pull-up 抵抗の線形性は良い。MOS FET のチャネル On 抵抗に良く見られる定電流特性は見られなかった。14.97kΩ の抵抗で pull-up されていると見なせる。

スイッチの NO - Common 間 (GPIO 端子 - GND 間) の波形をスイッチのレバーを押して、離す操作をして観測する。操作毎に波形が違ってくる。何回か波形を撮ってみて、典型的な変化を取り上げる。

左ボタン側の波形と右ボタン側の波形の全体を見てみる。

左ボタン側

左ボタン側の方にチャタリングが多く見られる。特徴的なのはスイッチを押した直後のチャタリングに加えて、約 5.4m ～ 15.3ms の範囲に後続するチャタリング、

離したときに 12.3ms ほどチャタリングが継続した後、

一端小さなチャタリングを含みつつ、押した状態(On 状態)で落ち着き、32.8ms 後に完全に離した状態(Off 状態)に遷移する。Off 状態に遷移する直前にもチャタリングが見られる。

全体的に「押し」はダブルクリックと判別しにくく、「離し」は逆ダブルクリックあるいは、反応遅れになっている。クリック感覚が良くないと感じた状況をある程度説明できている。「押し」の状況はマウスの Firm ware に実装されたアルゴリズムが解れば理解できるのかも。

チャタリングを起こしている状態は複雑だ。接点なので On と Off しか無いはずと思っていた。拡大してみると電気的には何かのインピーダンス素子で繋いだ様な状態になってる。ほぼ抵抗的だとは思う。

パルス的に Off になる。波形の変化から、放電が一瞬止まる現象なのか？

スイッチ周辺の回路で波形の様子は大きく変わる。別の日記でこのチャタリングを付加回路で押さえようとしたときの波形も触れようと思う。

スイッチの変化を Both Edge (Interrupt On Change) で受ける場合、注意深いアルゴズム実装が必要そうだ。教科書的なアルゴリズムは N を定めて N 回同じ入力なら、安定したと見なすという素朴なアルゴリズムだ。それで上手くいく？マウスの場合、ダブルクリック入力も考慮する必要がある。