鐵路分離器，從亞伯拉罕·林肯到虛擬地面

軌分離正在創(chuàng)建一個人工虛擬接地作為參考電壓。它用于設(shè)置信號以匹配運算放大器的“最佳點”。 運算放大器在該最佳點具有最線性和無失真的質(zhì)量。通常，最佳點出現(xiàn)在單個電源軌和接地之間的中心附近。在信號較多的情況下，虛擬接地可以在多路復(fù)用或切換信號時控制通道直流誤差。

“鐵路分裂器”是美國總統(tǒng)亞伯拉罕·林肯的綽號。這個名字來自他卑微的背景——年輕時，他劈開木材做柵欄欄桿。就像我們大多數(shù)人已經(jīng)接近木材工作一樣，就是玩林肯原木?玩具。那些是棕色的圓形缺口小木片，我們用來建造小木屋風(fēng)格的建筑。因為林肯先生出生在一個小木屋里，所以原木也以他的名字命名。他也是唯一一位擁有美國專利（#6469）的美國總統(tǒng)。

雖然有趣，但這不是我們正在討論的那種鐵路分割。在電子電路中，電源軌是所有組件的公共電源和接地連接。許多元件，如放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），要求信號偏置，以便將其集中在電源軌中間。這是一個虛擬的地面點，也被昵稱為“鐵路分離器”。在早期的電子電路中，有正電源和負電源，因此信號偏置很容易——我們只是使用接地作為參考。典型的現(xiàn)代電路僅使用一個電源。例如，如果我們只有一個+5V電源軌和地，我們可能需要一個2.5V的中心偏置點（虛擬地）。如果我們只需要一個不精確的偏置點，兩個5%的電阻就可以了，如圖1a所示。如果偏置點很關(guān)鍵，圖1b顯示，電阻可以更換，并與MAX5490/MAX5491/MAX5492精密電阻分壓器中的任何一個一起使用，在0ppm/°C溫度系數(shù)下獲得035.1%的精度。

圖1.設(shè)置中頻偏置點。

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，以最大限度地縮短開關(guān)點后的建立時間。對于此應(yīng)用，我們需要多個匹配偏置點。

圖2.多精度匹配偏置電源。

如果MAX5490/MAX5491/MAX5492不需要0.035%的精度，建議使用圖3所示電路。在該電路中，只需要1%的精度，但所有偏置點都相同仍然很重要。

圖3.集成的虛擬地軌分離器。

MAX5437/MAX5439為128級數(shù)字電位器，內(nèi)置非專用運算放大器，如圖4所示。如果我們忽略三個SPI?串行端口引腳接地，MAX5437/MAX5439將在中間電平上電，容差±1%。MAX5437具有50kΩ端到端電阻，而MAX5439端到端電阻為100kΩ。它們均采用 14 引腳 TSSOP 封裝。

圖4.MAX5437和MAX5439數(shù)字電位器。

MAX5437和MAX5439各自構(gòu)成一個非常通用的虛擬接地。如果我們有一個已知的不對稱信號波形，我們可以改變電位器位置，然后直流偏置電壓可以是128個不同電平中的任何一個。如果我們希望電壓階躍更?。ǜ_），我們可以在電位器的頂部和底部添加電阻器，將 128 步移至更小的范圍內(nèi)。另一種選擇是使用基準電壓源來設(shè)置電位器端電壓。

由于MAX5437/MAX5439運算放大器是非專用的，我們可以選擇調(diào)整增益和失調(diào)、提供反轉(zhuǎn)，甚至構(gòu)建濾波器。MAX5437/MAX5439可采用±15V供電。此外，這些運算放大器具有關(guān)斷功能引腳，這意味著輸出可用于將多個器件多路復(fù)用在一起。在ADC要求在信號中添加抖動信號的系統(tǒng)中，我們也可以添加抖動信號。通過將抖動信號注入圖3（降噪電容接地的位置），我們自動將抖動施加到所有多路復(fù)用器輸入。由于MAX5437/MAX5439開關(guān)無毛刺，電位器可以在抽頭之間隨意移動。最重要的是，溫度系數(shù)的比例系數(shù)僅為5ppm/°C。

我們的鐵路分流器用途廣泛，林肯先生也是如此，但在過去的 160 年里，時代發(fā)生了變化。今天，林肯先生會對我們這個快速的世界感到驚訝。我們可以通過互聯(lián)網(wǎng)和電話、快餐、速溶咖啡、快車、冬天的水果（從南半球飛來）為所有年齡段的人提供快速通信，有時微波爐甚至似乎需要太長時間。奇怪的是，林肯先生的專利申請后僅用了73天就被授予，而今天的專利處理需要數(shù)年時間。他的專利是三頁;今天很難找到不到十頁的專利，有些甚至長達數(shù)百頁。速度、進步和備受吹捧的無紙化辦公室就這么多！然而，在我們不斷變化的電子虛擬環(huán)境中，軌道分割器是一種漸進式工具，設(shè)計工程師可以使用它來進一步改善我們在這個快速世界中的生活方式。

審核編輯：郭婷