本筆記是有關(guān)為現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)虛擬接地的教程。為了跟上當(dāng)今系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性，舊的軌道拆分技術(shù)現(xiàn)在正慢慢被更新的虛擬地面方法所取代。

鐵路分裂正在創(chuàng)建一個(gè)人工虛擬地作為參考電壓。它用于設(shè)置信號(hào)以匹配運(yùn)算放大器的“最佳點(diǎn)”。運(yùn)算放大器在該最佳位置具有最線性和無(wú)失真的特性。通常，最佳位置出現(xiàn)在單電源軌和地之間的中心附近。在信號(hào)多的情況下，虛地可以控制復(fù)用或切換信號(hào)時(shí)的通道直流誤差。

“Rail Splitter”是美國(guó)總統(tǒng)亞伯拉罕·林肯的昵稱。這個(gè)名字來(lái)自他卑微的背景——作為一個(gè)年輕人，他劈柴做柵欄欄桿。與我們大多數(shù)人接觸木材的程度差不多就是在玩 Lincoln Logs? 玩具。那些是我們用來(lái)建造小木屋風(fēng)格建筑的棕色圓形缺口木頭。因?yàn)榱挚舷壬錾谛∧疚堇铮栽疽惨运拿置Ｋ彩俏ㄒ灰晃粨碛忻绹?guó)專利 (#6469) 的美國(guó)總統(tǒng)。

雖然很有趣，但這不是我們正在討論的那種鐵路分裂。在電子電路中，導(dǎo)軌是所有組件的公共電源和接地連接。許多組件，例如放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，都需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏置，以便將其居中放置在電源軌之間。這是一個(gè)虛擬地面點(diǎn)，也被稱為“軌道分離器”。在早期的電子電路中，有正電源和負(fù)電源，所以信號(hào)偏置很容易——我們只是用地作為參考。典型的現(xiàn)代電路僅使用一個(gè)電源。例如，如果我們只有一個(gè) +5 V 的軌和地，我們可能需要一個(gè) 2.5 V 的中心偏置點(diǎn)（虛擬地）。如果我們只需要一個(gè)不精確的偏置點(diǎn)，兩個(gè) 5% 的電阻就可以了，如圖1a.如果偏置點(diǎn)很關(guān)鍵，

設(shè)置中頻偏置點(diǎn)。

在圖 2 所示的應(yīng)用中，我們希望匹配通道之間的直流電壓，以最小化開(kāi)關(guān)點(diǎn)后的建立時(shí)間。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，我們需要多個(gè)匹配偏置點(diǎn)。

多重精密匹配偏置電源。

在 MAX5490/MAX5491/MAX5492 不需要 0.035% 精度的情況下，我們建議使用圖 3 所示的電路。在這個(gè)電路中，只需要 1% 的精度，但仍然重要的是所有的偏置點(diǎn)是一樣的。

一個(gè)集成的虛擬地軌分離器。

MAX5437/MAX5439 是 128 步數(shù)字電位器，帶有一個(gè)未指定的運(yùn)算放大器，如圖 4 所示。如果我們通過(guò)將三個(gè) SPI? 串行端口引腳接地而忽略它們，則 MAX5437/MAX5439 將以 ±1% 的容差在中等量程上電.MAX5437 的端到端電阻為 50 kΩ，而 MAX5439 的端到端電阻為 100 kΩ。它們均采用 14 引腳 TSSOP 封裝。

MAX5437 和 MAX5439 數(shù)字電位器。

MAX5437 和 MAX5439 各自構(gòu)成一個(gè)非常通用的虛擬接地。如果我們有一個(gè)已知的不對(duì)稱信號(hào)波形，我們可以改變電位器的位置，然后直流偏置電壓可以是 128 個(gè)不同級(jí)別中的任何一個(gè)。如果我們希望電壓步長(zhǎng)更小（更精確），我們可以在鍋的頂部和底部添加電阻，將 128 步移到更小的范圍內(nèi)。另一種選擇是使用電壓參考來(lái)設(shè)置電位器端電壓。

由于 MAX5437/MAX5439 運(yùn)算放大器是未配置的，我們可以選擇調(diào)整增益和偏移、提供反相，甚至構(gòu)建濾波器。MAX5437/MAX5439 可由±15 V 供電。此外，這些運(yùn)算放大器具有關(guān)斷功能引腳，這意味著輸出可用于將多個(gè)部分復(fù)用在一起。在 ADC 需要將抖動(dòng)信號(hào)添加到信號(hào)的系統(tǒng)中，我們也可以添加抖動(dòng)信號(hào)。通過(guò)將抖動(dòng)信號(hào)注入到圖 3 中，其中降噪電容器接地，我們自動(dòng)將抖動(dòng)應(yīng)用到所有多路復(fù)用器輸入。由于MAX5437 / MAX5439以無(wú)干擾的方式切換，因此電位器可以隨意在抽頭之間移動(dòng)。最重要的是，溫度系數(shù)僅為 5 ppm/°C 比率。

我們的分軌器和林肯先生一樣用途廣泛，但在過(guò)去的 160 年中，時(shí)代已經(jīng)發(fā)生了變化。今天，林肯先生會(huì)對(duì)我們這個(gè)快速的世界感到驚訝。我們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電話、快餐、速溶咖啡、快速汽車、冬天的水果（從南半球飛來(lái)）進(jìn)行了各個(gè)年齡段的快速溝通，有時(shí)甚至微波爐似乎需要太長(zhǎng)時(shí)間。奇怪的是，林肯先生的專利申請(qǐng)和授權(quán)只用了73天，而今天的專利處理需要數(shù)年時(shí)間。他的專利只??有三頁(yè)；今天很難找到少于十頁(yè)的專利，有的甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)百頁(yè)。速度、進(jìn)步和備受吹捧的無(wú)紙化辦公室就到此為止！然而，在我們不斷變化的電子虛擬地面中。

編輯：hfy