现代电路设计虚拟接地的教程解析

本说明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，旧的钢轨分割技术现在逐渐被更新的虚拟地面方法所取代。

铁路分裂产生了一个人造的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”。在那个最佳位置，运算放大器具有最线性和无失真的特性。通常，最佳点出现在单个电源轨和地面之间的中心附近。在有多个信号的情况下，当多路复用或切换信号时，虚拟地可以控制通道DC错误。

“铁路分裂者”是美国总统亚伯拉罕·林肯的昵称。这个名字源于他卑微的背景-小时候，他劈柴砍篱笆。我们大多数人与木材打交道的过程与LincolnLogs®玩具差不多。那是我们用来建造小木屋风格建筑物的棕色小缺口木材。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。他也是拥有美国专利（＃6469）的唯一美国总统。

尽管很有趣，但这并不是我们正在讨论的那种铁路分割。在电子电路中，导轨是所有组件的通用电源和接地连接。许多组件，例如放大器和模数转换器（ADC），都要求对信号进行偏置以便将其居中在轨之间的中间位置。这是一个虚拟的地面点，也被称为“铁路分离器”。在较早的电子电路中，既有正电源又有负电源，因此信号偏置很容易-我们仅以接地为参考。典型的现代电路仅使用一个电源。例如，如果我们只有+5 V的地线和地，则可能需要一个2.5 V的中心偏置点（虚拟地）。如果我们仅需要一个不精确的偏置点，则需要两个5％的电阻，如图所示。 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DC电压，以最大程度地减少切换点之后的建立时间。对于此应用程序，我们需要多个匹配的偏置点。

多个精度匹配的偏置电源。

如果不需要MAX5490 / MAX5491 / MAX5492的精度为0.035％，我们建议使用图3所示的电路。在该电路中，只需要1％的精度，但仍然重要的是所有偏置点是一样的。

集成的虚拟地面轨道分配器。

MAX5437 / MAX5439是128步数字电位器，具有未分配的运算放大器，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％的容差在中等规模上电。MAX5437具有50kΩ的端到端电阻，而MAX5439具有100kΩ的端到端电阻。它们都以14引脚TSSOP封装提供。

MAX5437和MAX5439数字电位器。

MAX5437和MAX5439分别构成了非常通用的虚拟地。如果我们有一个已知的非对称信号波形，则可以更改电位器位置，然后直流偏置电压可以是128种不同电平中的任何一种。如果我们希望电压步长更小（更精确），则可以在电位计的顶部和底部添加电阻，将128步长移到较小的范围内。另一种选择是使用参考电压来设置电位计端电压。

由于无需使用MAX5437 / MAX5439运算放大器，因此我们可以选择调整增益和失调，提供反相甚至建立滤波器。MAX5437 / MAX5439可以采用±15 V电源供电。此外，这些运算放大器还具有关断功能引脚，这意味着该输出可用于将多个器件多路复用在一起。在ADC要求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图3（图中画出了降噪电容器的地），我们将抖动自动应用于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。

编辑：hfy