軌分離正在創(chuàng)建一個(gè)人工虛擬接地作為參考電壓。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)算放大器在該最佳點(diǎn)具有最線性和無(wú)失真的質(zhì)量。通常,最佳點(diǎn)出現(xiàn)在單個(gè)電源軌和接地之間的中心附近。在信號(hào)較多的情況下,虛擬接地可以在多路復(fù)用或切換信號(hào)時(shí)控制通道直流誤差。
“鐵路分裂器”是美國(guó)總統(tǒng)亞伯拉罕·林肯的綽號(hào)。這個(gè)名字來(lái)自他卑微的背景——年輕時(shí),他劈開(kāi)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(lái)建造小木屋風(fēng)格的建筑。因?yàn)榱挚舷壬錾谝粋€(gè)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(guó)專(zhuān)利(#6469)的美國(guó)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(hào)偏置,以便將其集中在電源軌中間。這是一個(gè)虛擬的地面點(diǎn),也被昵稱(chēng)為“鐵路分離器”。在早期的電子電路中,有正電源和負(fù)電源,因此信號(hào)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(gè)電源。例如,如果我們只有一個(gè)+5V電源軌和地,我們可能需要一個(gè)2.5V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所示。如果偏置點(diǎn)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(gè)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(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,以最大限度地縮短開(kāi)關(guān)點(diǎn)后的建立時(shí)間。對(duì)于此應(yīng)用,我們需要多個(gè)匹配偏置點(diǎn)。
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(diǎn)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(jí)數(shù)字電位器,內(nèi)置非專(zhuān)用運(yùn)算放大器,如圖4所示。如果我們忽略三個(gè)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(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(chēng)信號(hào)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(gè)不同電平中的任何一個(gè)。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(zhǔn)電壓源來(lái)設(shè)置電位器端電壓。
由于MAX5437/MAX5439運(yùn)算放大器是非專(zhuān)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(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)器件多路復(fù)用在一起。在ADC要求在信號(hào)中添加抖動(dòng)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)注入圖3(降噪電容接地的位置),我們自動(dòng)將抖動(dòng)施加到所有多路復(fù)用器輸入。由于MAX5437/MAX5439開(kāi)關(guān)無(wú)毛刺,電位器可以在抽頭之間隨意移動(dòng)。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(guò)去的 160 年里,時(shí)代發(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。我們可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和電話、快餐、速溶咖啡、快車(chē)、冬天的水果(從南半球飛來(lái))為所有年齡段的人提供快速通信,有時(shí)微波爐甚至似乎需要太長(zhǎng)時(shí)間。奇怪的是,林肯先生的專(zhuān)利申請(qǐng)后僅用了73天就被授予,而今天的專(zhuān)利處理需要數(shù)年時(shí)間。他的專(zhuān)利是三頁(yè);今天很難找到不到十頁(yè)的專(zhuān)利,有些甚至長(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(jìn)式工具,設(shè)計(jì)工程師可以使用它來(lái)進(jìn)一步改善我們?cè)谶@個(gè)快速世界中的生活方式。
審核編輯:郭婷
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