铁路分离器，从亚伯拉罕·林肯到虚拟地面

轨分离正在创建一个人工虚拟接地作为参考电压。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点具有最线性和无失真的质量。通常，最佳点出现在单个电源轨和接地之间的中心附近。在信号较多的情况下，虚拟接地可以在多路复用或切换信号时控制通道直流误差。

“铁路分裂器”是美国总统亚伯拉罕·林肯的绰号。这个名字来自他卑微的背景——年轻时，他劈开木材做栅栏栏杆。就像我们大多数人已经接近木材工作一样，就是玩林肯原木®玩具。那些是棕色的圆形缺口小木片，我们用来建造小木屋风格的建筑。因为林肯先生出生在一个小木屋里，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。

虽然有趣，但这不是我们正在讨论的那种铁路分割。在电子电路中，电源轨是所有组件的公共电源和接地连接。许多元件，如放大器和模数转换器（ADC），要求信号偏置，以便将其集中在电源轨中间。这是一个虚拟的地面点，也被昵称为“铁路分离器”。在早期的电子电路中，有正电源和负电源，因此信号偏置很容易——我们只是使用接地作为参考。典型的现代电路仅使用一个电源。例如，如果我们只有一个+5V电源轨和地，我们可能需要一个2.5V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所示。如果偏置点很关键，图1b显示，电阻可以更换，并与MAX5490/MAX5491/MAX5492精密电阻分压器中的任何一个一起使用，在0ppm/°C温度系数下获得035.1%的精度。

图1.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，以最大限度地缩短开关点后的建立时间。对于此应用，我们需要多个匹配偏置点。

图2.多精度匹配偏置电源。

如果MAX5490/MAX5491/MAX5492不需要0.035%的精度，建议使用图3所示电路。在该电路中，只需要1%的精度，但所有偏置点都相同仍然很重要。

图3.集成的虚拟地轨分离器。

MAX5437/MAX5439为128级数字电位器，内置非专用运算放大器，如图4所示。如果我们忽略三个SPI™串行端口引脚接地，MAX5437/MAX5439将在中间电平上电，容差±1%。MAX5437具有50kΩ端到端电阻，而MAX5439端到端电阻为100kΩ。它们均采用 14 引脚 TSSOP 封装。

图4.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位置，然后直流偏置电压可以是128个不同电平中的任何一个。如果我们希望电压阶跃更小（更精确），我们可以在电位器的顶部和底部添加电阻器，将 128 步移至更小的范围内。另一种选择是使用基准电压源来设置电位器端电压。

由于MAX5437/MAX5439运算放大器是非专用的，我们可以选择调整增益和失调、提供反转，甚至构建滤波器。MAX5437/MAX5439可采用±15V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器件多路复用在一起。在ADC要求在信号中添加抖动信号的系统中，我们也可以添加抖动信号。通过将抖动信号注入图3（降噪电容接地的位置），我们自动将抖动施加到所有多路复用器输入。由于MAX5437/MAX5439开关无毛刺，电位器可以在抽头之间随意移动。最重要的是，温度系数的比例系数仅为5ppm/°C。

我们的铁路分流器用途广泛，林肯先生也是如此，但在过去的 160 年里，时代发生了变化。今天，林肯先生会对我们这个快速的世界感到惊讶。我们可以通过互联网和电话、快餐、速溶咖啡、快车、冬天的水果（从南半球飞来）为所有年龄段的人提供快速通信，有时微波炉甚至似乎需要太长时间。奇怪的是，林肯先生的专利申请后仅用了73天就被授予，而今天的专利处理需要数年时间。他的专利是三页;今天很难找到不到十页的专利，有些甚至长达数百页。速度、进步和备受吹捧的无纸化办公室就这么多！然而，在我们不断变化的电子虚拟环境中，轨道分割器是一种渐进式工具，设计工程师可以使用它来进一步改善我们在这个快速世界中的生活方式。

审核编辑：郭婷