现代电路设计虚拟接地方案教程解析

本笔记是有关为现代电路设计虚拟接地的教程。为了跟上当今系统日益增长的复杂性，旧的轨道拆分技术现在正慢慢被更新的虚拟地面方法所取代。

铁路分裂正在创建一个人工虚拟地作为参考电压。它用于设置信号以匹配运算放大器的“最佳点”。运算放大器在该最佳位置具有最线性和无失真的特性。通常，最佳位置出现在单电源轨和地之间的中心附近。在信号多的情况下，虚地可以控制复用或切换信号时的通道直流误差。

“Rail Splitter”是美国总统亚伯拉罕·林肯的昵称。这个名字来自他卑微的背景——作为一个年轻人，他劈柴做栅栏栏杆。与我们大多数人接触木材的程度差不多就是在玩 Lincoln Logs® 玩具。那些是我们用来建造小木屋风格建筑的棕色圆形缺口木头。因为林肯先生出生在小木屋里，所以原木也以他的名字命名。他也是唯一一位拥有美国专利 (#6469) 的美国总统。

虽然很有趣，但这不是我们正在讨论的那种铁路分裂。在电子电路中，导轨是所有组件的公共电源和接地连接。许多组件，例如放大器和模数转换器 (ADC)，都需要对信号进行偏置，以便将其居中放置在电源轨之间。这是一个虚拟地面点，也被称为“轨道分离器”。在早期的电子电路中，有正电源和负电源，所以信号偏置很容易——我们只是用地作为参考。典型的现代电路仅使用一个电源。例如，如果我们只有一个 +5 V 的轨和地，我们可能需要一个 2.5 V 的中心偏置点（虚拟地）。如果我们只需要一个不精确的偏置点，两个 5% 的电阻就可以了，如图1a.如果偏置点很关键，设置中频偏置点。

在图 2 所示的应用中，我们希望匹配通道之间的直流电压，以最小化开关点后的建立时间。对于这个应用，我们需要多个匹配偏置点。

多重精密匹配偏置电源。

在 MAX5490/MAX5491/MAX5492 不需要 0.035% 精度的情况下，我们建议使用图 3 所示的电路。在这个电路中，只需要 1% 的精度，但仍然重要的是所有的偏置点是一样的。

一个集成的虚拟地轨分离器。

MAX5437/MAX5439 是 128 步数字电位器，带有一个未指定的运算放大器，如图 4 所示。如果我们通过将三个 SPI™ 串行端口引脚接地而忽略它们，则 MAX5437/MAX5439 将以 ±1% 的容差在中等量程上电.MAX5437 的端到端电阻为 50 kΩ，而 MAX5439 的端到端电阻为 100 kΩ。它们均采用 14 引脚 TSSOP 封装。

MAX5437 和 MAX5439 数字电位器。

MAX5437 和 MAX5439 各自构成一个非常通用的虚拟接地。如果我们有一个已知的不对称信号波形，我们可以改变电位器的位置，然后直流偏置电压可以是 128 个不同级别中的任何一个。如果我们希望电压步长更小（更精确），我们可以在锅的顶部和底部添加电阻，将 128 步移到更小的范围内。另一种选择是使用电压参考来设置电位器端电压。

由于 MAX5437/MAX5439 运算放大器是未配置的，我们可以选择调整增益和偏移、提供反相，甚至构建滤波器。MAX5437/MAX5439 可由±15 V 供电。此外，这些运算放大器具有关断功能引脚，这意味着输出可用于将多个部分复用在一起。在 ADC 需要将抖动信号添加到信号的系统中，我们也可以添加抖动信号。通过将抖动信号注入到图 3 中，其中降噪电容器接地，我们自动将抖动应用到所有多路复用器输入。由于MAX5437 / MAX5439以无干扰的方式切换，因此电位器可以随意在抽头之间移动。最重要的是，温度系数仅为 5 ppm/°C 比率。

我们的分轨器和林肯先生一样用途广泛，但在过去的 160 年中，时代已经发生了变化。今天，林肯先生会对我们这个快速的世界感到惊讶。我们通过网络和电话、快餐、速溶咖啡、快速汽车、冬天的水果（从南半球飞来）进行了各个年龄段的快速沟通，有时甚至微波炉似乎需要太长时间。奇怪的是，林肯先生的专利申请和授权只用了73天，而今天的专利处理需要数年时间。他的专利只​​有三页；今天很难找到少于十页的专利，有的甚至长达数百页。速度、进步和备受吹捧的无纸化办公室就到此为止！然而，在我们不断变化的电子虚拟地面中。