浮接Floating 是甚麼? 電路的不確定因素 - 實作派電子實驗室

所以若Input空接，剛好輸入端又是高阻抗，那麼你那空接的pin腳就很容易受到外界磁場擾動的影響，換句話說它變成天線了。

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至於為何會當機?大家可以猜一下，文章最後會揭曉答案。

從電阻分壓講起 下圖是個簡單的電阻分壓電路，R1與R2的比例是9:1，所以晶片Chip端的Input腳位電壓是電源的1/10，這個計算式在下方，有學過電路學的人應該都會算。

\(V_{input}=\frac{R2}{R1+R2}V_{1}=\frac{1M}{9M+1M}V_{1}=\frac{1}{10}V_{1}\) 分壓器電路 這時候若你用手指去觸碰Input端，這時Input會感應到高高低低的電壓，當然口說無憑，要證明這件事情，需要一些小眉角，那也就是為何我會刻意選9M與1Mohm電阻的原因。

因為這個分壓電路的1Mohm就是示波器的輸入阻抗，9Mohm的部分就是示波器探棒的電阻，也就是所謂的10X探棒，只要在探棒接頭與示波器輸入端之間，利用T型轉接頭做橋接，就有辦法將Input端的接點用導線接出來。

直接來看實例，我拿了一個探棒先接上T型BNC接頭，再接進示波器，這個T型接頭就可以方便我們做實驗，而探棒的探針與GND則刻意短路，也就是V1=0，所以示波器應該要看到一條直線，實際上也是如此，如下圖。

正常的示波器與探棒連接 你可以看到CH2的旋鈕上我掛了一捲焊錫，這是要拿來當對照組用的，因為接下來我要把焊錫插入T型接頭內。

如下圖，在焊錫插入T型接頭中心導體的瞬間，螢幕就出現弦波的擾動，主頻率是60Hz，目前每格是20mV，其實震幅很小。

由於我現在是要測量的對象是示波器的input，所以即便我用的是10X的探棒，示波器的倍數我開的仍然是1.00:1，也就是1X。

示波器的input浮接時，受到環境的擾動 當然這種振福只有10mV的波形，相信你也看不上眼，可能只當它是雜訊而已，但若你用手指去碰焊錫，那結果完全不同，如下圖示波器直接破表給你看，我刻意不調整Scale，這樣視覺效果比較強烈，實際上這是個振福大約7V的60Hz弦波。

7V的振幅上下就跨了14V，你再也無法忽略它，可能你還會想要消除這種現象，最有效的方法就是在輸入電阻R2的1Mohm上再並聯一個相對小的電阻，例如並上一個1K、10K甚至100Kohm的電阻，如此這種雜訊馬上就會消失了。

當然你也可以把探棒R1電阻換掉，改串接一個相對小的電阻，一樣能讓雜訊消失，所以R1與R2的電阻越小，越能讓雜訊變小。

浮接Floating 延續上面的示範電路，所謂浮接就是輸入端空接，也就是R1的阻值無窮大，所以輸入端不受V1影響，此時影響R2電壓的因素只剩下兩個： Input接出來的導線長度輸入阻抗R2的大小 導線長度越長，受環境磁場變化的程度越高，感應電動勢EMF推動的電荷的力量就越大，同時搭配輸入阻抗R2越大，由EMF推入的電荷產生的電壓差就越大。

反之若R2越小，流入的感應電荷在R2兩端形成的電壓就越小。

高阻抗容易變成天線 所以若Input空接，剛好輸入端又是高阻抗，那麼你那空接的pin腳就很容易受到外界磁場擾動的影響，換句話說它變成天線了。

前面有一張圖是用手觸碰示波器輸入端，造成非常大的擾動，就是因為人體擔任了天線的角色。

這個磁場擾動通常來自台電的60Hz電流，如果你是在歐洲那就會是50Hz，磁場變化讓導線感應出微小的電流，當電流通過R2的1Mohm阻抗時，便轉換成了電壓，因而顯示在示波器螢幕上，這個Input端的導線其實就是一條天線，相關文章可以參考手摸示波器探棒-為何有弦波?原因在這裡。

當R2輸入阻抗越高，或Input接出來的導體面積越大，導線長度越長，這個接在Input上的導線對環境就越敏感，一點點磁場的風吹草動，例如隔壁開個電風扇，可能就會讓你的示波器出現劇烈的變化。

那為何當R1、R2換成如1K、10Kohm等級的電阻時，不會有這種現象?其實它並不是沒有電磁感應的現象，而是它的感應小到你無法察覺，所以你忽略它了。

有人說IC的腳這麼短，會有影響嗎?我的經驗是不一定，但為了電路的穩定，一定不要讓Input空接。

浮接造成誤動作 雖然擾動的能量很小，但是電晶體的導通臨界電壓，一如它的單位”電壓”所示，它是認電壓的，電壓只要到了臨界值它就作動了，只是這感應來的電壓可能忽高忽低，會讓你的電晶體有時ON有時OFF。

這個意思就是說，原本沒有要讓電晶體作動的V1，現在因為外界的擾動反而讓電晶體產生作動，這就是誤動作，你沒有要它動但它卻動了，這十足像個靈異現象。

一旦發生誤動作，事情可大可小，小則電燈該亮不亮，大則鐵捲門壓到人或車，所以工程師絕對不能讓自己設計的產品產生誤動作。

輸入腳位不能浮接 為了避免誤動作，IC的輸入腳位絕不能空接或說浮接，一定要串接一個電阻到Vcc或是GND，我們稱為PullHigh或PullLow。

避免浮接輸入端務必要pullhigh或pulllow 如此一來，若沒有訊號接入，Input腳位仍會有個預設值，PullHigh的腳位預設準位就變成High，若輸入訊號是Low，Input仍然會收到Low，因為中間有個pullhigh電阻會形成壓降，頂多只是裡面有電流，多消耗了一些功率就是。

不過現在的晶片越來越有彈性，很多腳位都是所謂的泛用型輸入輸出GPIO(GeneralPurposeInput/Output)，你必須寫程式將它設置成為Input它才會是Input，這種情況就會變成你一開始就要先規劃好那些腳位要當Input，因此一開始就要把PullHigh/Low電阻設計到layout上。

到底是誰的問題 通常計畫趕不上變化，做案子總是會半途變更規劃的時候，這時就很容易忘記要把PullHigh電阻加上去，如果你是一人包案那可能還好處理，若是軟硬體分開兩個team處理，當軟體變更設定需要硬體來配合，但硬體修改設計需要時間，如果時程拖到又要被責怪的話，就會經常上演”為何是我被罵”的戲碼。

通常做案子基本上就是這樣，會在吵吵鬧鬧中進行，酸甜苦辣都有，這時溝通就很重要，如果你的合作夥伴跟你很有默契，那你應該上輩子有燒好香，好好惜福吧。

為何會當機? 記得十多年前助教正在一個新平台上做開發，由於是下一代延伸產品，所以理論上只要CPU沒變，記憶體也裝得下程式，這個平台應該就能順利開機。

無奈事與願違，開機10次大概會有3~4次當機的機會，心想這比例也太高了吧! 妙的是前一天完全沒有這種現象，程式沒有拿錯版本，電路板也是同一塊，這就怪了，讓你猜猜這到底是怎麼回事? 於是我把程式的Debugflag打開，執行程式後UART開始跳出開機過程的訊息，很明顯當機的地方位於UART初始化這一步，因為板子上有2組UART，第一組就是我目前正在用的DebugPort，但是第二組還沒使用，就是它造成當機，推測是有甚麼訊號送到第二組UART去，讓它誤動作了。

於是我拿了示波器接上UART2的接收腳位RX，觀察看看是否有甚麼怪訊號跑進去。

說也奇怪，示波器接上之後，居然每次就能順利開機了，真是見鬼了!這種情況我心裡大概有譜，可能是RX浮接、或是電容值不夠之類的。

因為探棒本身有電阻10Mohm，也有電容約30p左右，只要探棒掛上測點，它與待測電路會自然產生排除雜訊的效果。

於是我開始檢查線路圖，果然發現UART的RX腳位真的是浮接Floating的，於是拿了個電阻將它Pullhigh，就完全正常了。

但為何這樣會當機?經過一連串的程式碼追蹤，原來是因為當UARTRX浮接時，如前面所說電壓會有時H有時L，而L訊號便會觸發UART的中斷，因為RX的”資料開始Start”訊號是以L準位作為識別，當RX收到第一個L，便會觸發UART的中斷訊號，接著就會開始執行中斷服務函式ISR(InterruptServiceRoutine)。

只是目前正在開機當中，而中斷向量還要再過幾行程式才會掛進來，或是說ISR的指標還沒有寫入中斷向量表，那裏面都還是初始值或是亂數，如果現在發生中斷，CPU就會亂跳到某個記憶體，並將它視為ISR來執行，想當然爾就當機了。

那為何前一天都沒事?這只有天曉得，浮接Floating的電壓對於環境有很高的敏感度，天線周遭的東西擺放位置與材質，都會影響電壓的高低，所以只要遇到Floating，就是未知數。

當機的解法 所以這種當機的解法，分為兩方面軟體與硬體。

軟體的部分，在ISR掛進來之前，中斷功能不可以開啟Enable，這其實是寫韌體的人該有的Sense，通常是新手才會犯的錯誤，但系統大、軟體的CallStack又深、人手少，有時候就會犯這種錯；硬體的解法，就是在UARTRX端加上PullHigh電阻，讓輸入電壓不再浮動。

雖然軟體或硬體只要有一邊修改就可以克服這個狀況，但以我的做法都會兩邊一起修改才是上策，距離潛在的Bug才會遠一點，總之別讓Input浮接，不然你將來會有忙不完的事情。

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