第8章

實驗室的白熾燈燈管發出輕微的嗡鳴,將桌面上那塊布滿焊點的電路板照得纖毫畢現。焊錫凝固後留下的銀亮色斑點,像是散落在墨綠色基板上的碎鑽,而示波器屏幕上跳動的波形,卻讓林舟的眉頭擰成了一個死結。

省賽預選賽的靜態測試成績已經公示,他設計的差分放大電路以滿分的成績順利晉級,但動態工況下的測試數據,卻成了懸在他頭頂的達摩克利斯之劍。剛才的測試中,當輸入信號頻率提升至1MHz時,輸出波形的頂部就開始出現明顯的平頂失真,頻率再往上推,失真程度更是呈指數級加劇,原本該是標準正弦波的曲線,硬生生被扭曲成了鋸齒狀。

“還是不行。”張弛把手裏的萬用表往桌上一放,聲音裏帶着掩不住的疲憊,他揉了揉通紅的眼睛,眼底的血絲像蛛網一樣蔓延開來,“我們試了七種RC補償網絡的參數組合,從100pF的瓷片電容到10nF的鉭電容,電阻值也從1kΩ調到了100kΩ,可高頻失真的問題一點沒解決,反而把低頻段的相位裕量給拉低了。”

林舟沒說話,只是伸出手指,輕輕摩挲着電路板上那排緊密排列的差分對管。指尖傳來的微涼觸感,讓他混亂的思緒稍微沉靜了幾分。他的目光落在一旁攤開的筆記本上,那上面密密麻麻記滿了這兩天的調試數據,從電源紋波的幅值到地線阻抗的測算值,每一個數字都清晰可見,可偏偏就是找不到問題的症結所在。

“要不……我們還是妥協吧?”張弛的聲音裏帶着一絲動搖,“組委會的規則裏,只要求在500kHz頻率內保持波形不失真,我們只要把高頻段的參數舍棄掉,專注優化中低頻,就能穩穩拿到省賽的入場券。”

這話像是一根針,刺中了林舟心裏最不願鬆口的地方。他想起外公臨終前,顫巍巍地把那本泛黃的手稿交到他手裏時說的話:“做電路,就像做人,不能總想着退一步海闊天空,有些坎,你跨過去了,才算是真正入了門。”

那本手稿此刻就壓在筆記本下面,林舟伸手把它抽出來,指尖拂過封面那幾個褪色的鋼筆字——《精密模擬電路的動態補償技術》。這是外公年輕時在國營電子廠做工程師時,一筆一劃記錄下來的心血,裏面不光有電路圖和公式推導,還有很多他親手做的實驗筆記,以及一些在當時看來頗爲超前的設計思路。

之前林舟翻看過無數次,可大多是囫圇吞棗,只記住了一些皮毛。此刻他抱着最後一絲希望,一頁一頁地仔細翻着,目光在那些潦草卻有力的字跡上逡巡。突然,一行加粗的批注映入眼簾,像是一道閃電劈開了他腦海裏的混沌:靜態補償是死的,動態補償是活的。補償參數若不能隨信號頻率實時變化,便如同刻舟求劍,治標不治本。

“刻舟求劍……”林舟喃喃自語,反復咀嚼着這四個字,眼睛裏漸漸泛起了光。他猛地一拍大腿,聲音裏帶着壓抑不住的興奮:“我知道了!張弛,我們之前的思路從根上就錯了!”

張弛被他這突如其來的舉動嚇了一跳,茫然地抬起頭:“錯了?哪裏錯了?”

“傳統的RC補償網絡,是靜態的。”林舟快步走到白板前,抓起馬克筆,在上面飛快地畫了起來,筆尖與白板碰撞發出沙沙的聲響,“電容和電阻的參數都是固定的,不管輸入信號的頻率怎麼變,補償的幅值和相位都是一成不變的。可寄生電容的容抗是隨頻率變化的——頻率越高,容抗越低,對信號的衰減作用就越強。我們用固定的參數去補償變化的幹擾,怎麼可能有用?”

他的筆尖在白板上畫出一個差分放大電路的核心架構,然後在旁邊補充了一個由運算放大器、電容和電阻組成的新模塊:“我們需要設計一個有源動態補償網絡。讓補償電路的輸出參數,跟着輸入信號的頻率實時調整。頻率升高,補償的幅值就同步增大,相位也相應偏移,這樣才能精準抵消寄生電容帶來的幹擾。”

張弛順着他的筆尖看去,眼睛越睜越大,原本疲憊的神色被震驚取代:“有源動態補償?可是這樣的話,我們需要額外增加一個頻率檢測模塊吧?不然怎麼判斷輸入信號的頻率變化?而且運算放大器會增加電路的功耗,省賽對功耗的限制可是很嚴格的。”

“頻率檢測不用單獨做模塊。”林舟搖了搖頭,手裏的馬克筆沒有停下,“我們可以從差分電路的輸入端引出一小部分信號,經過一個電壓比較器和RC積分電路,把頻率信號轉換成直流電壓信號。這個直流電壓可以用來控制一個變容二極管——你想,變容二極管的結電容是隨反向偏置電壓變化的,用它來替代補償網絡裏的固定電容,不就實現了補償參數的動態可調嗎?”

他頓了頓,又在白板上標注出幾個關鍵參數:“至於功耗問題,我們可以選用微功耗的運算放大器,比如TI的OPA333,靜態電流只有1.8μA,幾乎可以忽略不計。而且補償模塊的體積很小,我們可以把它集成到電路板的地線層下面,不會占用核心功能區的空間,完全符合大賽的規則要求。”

張弛湊到白板前,盯着那個初具雛形的電路架構,手指在上面輕輕點着,嘴裏念念有詞地計算着:“輸入信號分壓取樣……電壓比較器整形……積分電路轉換爲直流控制電壓……變容二極管調整補償電容值……林舟,這個思路是通的!太通了!”

他猛地轉過頭,看向林舟的眼神裏滿是激動,之前的倦意一掃而空:“我們之前怎麼就沒想到呢?居然鑽到靜態補償的死胡同裏出不來了!”

“是外公的手稿提醒了我。”林舟笑了笑,伸手摸了摸那本泛黃的冊子,眼底閃過一絲暖意,“他說,做電路要懂得‘順勢而爲’,不能跟變化的信號硬碰硬。”

就在這時,實驗室的門被輕輕推開,一道熟悉的身影出現在門口。周明遠教授手裏拿着一個保溫杯,站在門邊上,不知道已經聽了多久。他的臉上沒有平日裏那種嚴肅的神情,嘴角反而帶着一絲不易察覺的笑意。

林舟和張弛看到他,連忙停下手裏的動作,異口同聲地喊了一聲:“周教授。”

周明遠點了點頭,緩步走了過來,目光落在白板上的電路圖上。他沒有說話,只是伸出手指,在那個變容二極管的符號上輕輕點了點:“這個選型很關鍵。普通的變容二極管,結電容的變化範圍比較窄,而且線性度不好。你們打算用哪一款?”

林舟愣了一下,這個問題他還沒來得及考慮,只能誠實地搖了搖頭:“還沒確定,我們正準備查 datasheet。”

周明遠笑了笑,從隨身的公文包裏掏出一個小小的元件盒,放在桌面上。盒子打開,裏面整整齊齊地排列着十幾枚小巧的元件,上面印着“BB910”的字樣。

“這是我早年做射頻電路項目時剩下的變容二極管。”周明遠拿起一枚,遞給林舟,“BB910的結電容變化範圍在22pF到150pF之間,反向偏置電壓從0V到20V可調,線性度非常好,很適合你們這個動態補償網絡。”

林舟接過那枚變容二極管,小小的元件在指尖輕得幾乎沒有重量,卻像是承載着沉甸甸的期許。他看着周明遠,心裏涌起一股暖流:“謝謝您,周教授。”

“謝我做什麼?”周明遠擺了擺手,目光落在白板上的電路圖上,語氣裏帶着幾分贊許,“思路是對的,剩下的就是把細節打磨好。記住,動態補償的核心是‘精準同步’,頻率檢測的延遲不能超過10ns,不然補償就會滯後於信號變化,反而會引入新的幹擾。還有,變容二極管的偏置電壓要做穩壓處理,電源紋波會直接影響它的結電容穩定性。”

他頓了頓,又補充道:“好的電路設計,從來不是堆砌昂貴的元件,而是讓每一個元件都能在最適合的位置,發揮出最大的作用。你們兩個,很有潛力。”

說完,周明遠沒再多留,只是拍了拍林舟的肩膀,便轉身離開了實驗室,保溫杯碰撞門框的輕響,漸漸消失在走廊的盡頭。

實驗室裏再次安靜下來,只剩下白熾燈的嗡鳴,和窗外偶爾傳來的蟲鳴。林舟握着那枚變容二極管,看着白板上的電路圖,只覺得一股熱血從心底涌了上來,驅散了連日來的疲憊和焦慮。

他轉頭看向張弛,眼底閃爍着自信的光芒:“開工!今晚我們把這個動態補償模塊的原理圖畫出來,明天一早去采購元件,爭取後天就能焊板測試!”

張弛用力點了點頭,抓起桌上的馬克筆,在白板上補充起細節參數。筆尖劃過白板的沙沙聲,像是一首激昂的序曲,在寂靜的實驗室裏回蕩。燈光下,兩個年輕的身影並肩而立,專注的神情裏,藏着對夢想的執着,和對未來的無限憧憬。

電路板上的焊錫餘溫尚存,示波器的屏幕依舊亮着,而那條困擾了他們許久的失真波形,似乎已經不再是難以逾越的鴻溝。一條新的思路,如同劃破黑暗的曙光,正指引着他們,朝着更精密、更完善的電路設計,一步步邁進。

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