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第2章

实验室的白炽灯灯管发出轻微的嗡鸣,将桌面上那块布满焊点的电路板照得纤毫毕现。焊锡凝固后留下的银亮色斑点,像是散落在墨绿色基板上的碎钻,而示波器屏幕上跳动的波形,却让林舟的眉头拧成了一个死结。

省赛预选赛的静态测试成绩已经公示,他设计的差分放大电路以满分的成绩顺利晋级,但动态工况下的测试数据,却成了悬在他头顶的达摩克利斯之剑。刚才的测试中,当输入信号频率提升至1MHz时,输出波形的顶部就开始出现明显的平顶失真,频率再往上推,失真程度更是呈指数级加剧,原本该是标准正弦波的曲线,硬生生被扭曲成了锯齿状。

“还是不行。”张弛把手里的万用表往桌上一放,声音里带着掩不住的疲惫,他揉了揉通红的眼睛,眼底的血丝像蛛网一样蔓延开来,“我们试了七种RC补偿网络的参数组合,从100pF的瓷片电容到10nF的钽电容,电阻值也从1kΩ调到了100kΩ,可高频失真的问题一点没解决,反而把低频段的相位裕量给拉低了。”

林舟没说话,只是伸出手指,轻轻摩挲着电路板上那排紧密排列的差分对管。指尖传来的微凉触感,让他混乱的思绪稍微沉静了几分。他的目光落在一旁摊开的笔记本上,那上面密密麻麻记满了这两天的调试数据,从电源纹波的幅值到地线阻抗的测算值,每一个数字都清晰可见,可偏偏就是找不到问题的症结所在。

“要不……我们还是妥协吧?”张弛的声音里带着一丝动摇,“组委会的规则里,只要求在500kHz频率内保持波形不失真,我们只要把高频段的参数舍弃掉,专注优化中低频,就能稳稳拿到省赛的入场券。”

这话像是一根针,刺中了林舟心里最不愿松口的地方。他想起外公临终前,颤巍巍地把那本泛黄的手稿交到他手里时说的话:“做电路,就像做人,不能总想着退一步海阔天空,有些坎,你跨过去了,才算是真正入了门。”

那本手稿此刻就压在笔记本下面,林舟伸手把它抽出来,指尖拂过封面那几个褪色的钢笔字——《精密模拟电路的动态补偿技术》。这是外公年轻时在国营电子厂做工程师时,一笔一划记录下来的心血,里面不光有电路图和公式推导,还有很多他亲手做的实验笔记,以及一些在当时看来颇为超前的设计思路。

之前林舟翻看过无数次,可大多是囫囵吞枣,只记住了一些皮毛。此刻他抱着最后一丝希望,一页一页地仔细翻着,目光在那些潦草却有力的字迹上逡巡。突然,一行加粗的批注映入眼帘,像是一道闪电劈开了他脑海里的混沌:静态补偿是死的,动态补偿是活的。补偿参数若不能随信号频率实时变化,便如同刻舟求剑,治标不治本。

“刻舟求剑……”林舟喃喃自语,反复咀嚼着这四个字,眼睛里渐渐泛起了光。他猛地一拍大腿,声音里带着压抑不住的兴奋:“我知道了!张弛,我们之前的思路从根上就错了!”

张弛被他这突如其来的举动吓了一跳,茫然地抬起头:“错了?哪里错了?”

“传统的RC补偿网络,是静态的。”林舟快步走到白板前,抓起马克笔,在上面飞快地画了起来,笔尖与白板碰撞发出沙沙的声响,“电容和电阻的参数都是固定的,不管输入信号的频率怎么变,补偿的幅值和相位都是一成不变的。可寄生电容的容抗是随频率变化的——频率越高,容抗越低,对信号的衰减作用就越强。我们用固定的参数去补偿变化的干扰,怎么可能有用?”

他的笔尖在白板上画出一个差分放大电路的核心架构,然后在旁边补充了一个由运算放大器、电容和电阻组成的新模块:“我们需要设计一个有源动态补偿网络。让补偿电路的输出参数,跟着输入信号的频率实时调整。频率升高,补偿的幅值就同步增大,相位也相应偏移,这样才能精准抵消寄生电容带来的干扰。”

张弛顺着他的笔尖看去,眼睛越睁越大,原本疲惫的神色被震惊取代:“有源动态补偿?可是这样的话,我们需要额外增加一个频率检测模块吧?不然怎么判断输入信号的频率变化?而且运算放大器会增加电路的功耗,省赛对功耗的限制可是很严格的。”

“频率检测不用单独做模块。”林舟摇了摇头,手里的马克笔没有停下,“我们可以从差分电路的输入端引出一小部分信号,经过一个电压比较器和RC积分电路,把频率信号转换成直流电压信号。这个直流电压可以用来控制一个变容二极管——你想,变容二极管的结电容是随反向偏置电压变化的,用它来替代补偿网络里的固定电容,不就实现了补偿参数的动态可调吗?”

他顿了顿,又在白板上标注出几个关键参数:“至于功耗问题,我们可以选用微功耗的运算放大器,比如TI的OPA333,静态电流只有1.8μA,几乎可以忽略不计。而且补偿模块的体积很小,我们可以把它集成到电路板的地线层下面,不会占用核心功能区的空间,完全符合大赛的规则要求。”

张弛凑到白板前,盯着那个初具雏形的电路架构,手指在上面轻轻点着,嘴里念念有词地计算着:“输入信号分压取样……电压比较器整形……积分电路转换为直流控制电压……变容二极管调整补偿电容值……林舟,这个思路是通的!太通了!”

他猛地转过头,看向林舟的眼神里满是激动,之前的倦意一扫而空:“我们之前怎么就没想到呢?居然钻到静态补偿的死胡同里出不来了!”

“是外公的手稿提醒了我。”林舟笑了笑,伸手摸了摸那本泛黄的册子,眼底闪过一丝暖意,“他说,做电路要懂得‘顺势而为’,不能跟变化的信号硬碰硬。”

就在这时,实验室的门被轻轻推开,一道熟悉的身影出现在门口。周明远教授手里拿着一个保温杯,站在门边上,不知道已经听了多久。他的脸上没有平日里那种严肃的神情,嘴角反而带着一丝不易察觉的笑意。

林舟和张弛看到他,连忙停下手里的动作,异口同声地喊了一声:“周教授。”

周明远点了点头,缓步走了过来,目光落在白板上的电路图上。他没有说话,只是伸出手指,在那个变容二极管的符号上轻轻点了点:“这个选型很关键。普通的变容二极管,结电容的变化范围比较窄,而且线性度不好。你们打算用哪一款?”

林舟愣了一下,这个问题他还没来得及考虑,只能诚实地摇了摇头:“还没确定,我们正准备查 datasheet。”

周明远笑了笑,从随身的公文包里掏出一个小小的元件盒,放在桌面上。盒子打开,里面整整齐齐地排列着十几枚小巧的元件,上面印着“BB910”的字样。

“这是我早年做射频电路项目时剩下的变容二极管。”周明远拿起一枚,递给林舟,“BB910的结电容变化范围在22pF到150pF之间,反向偏置电压从0V到20V可调,线性度非常好,很适合你们这个动态补偿网络。”

林舟接过那枚变容二极管,小小的元件在指尖轻得几乎没有重量,却像是承载着沉甸甸的期许。他看着周明远,心里涌起一股暖流:“谢谢您,周教授。”

“谢我做什么?”周明远摆了摆手,目光落在白板上的电路图上,语气里带着几分赞许,“思路是对的,剩下的就是把细节打磨好。记住,动态补偿的核心是‘精准同步’,频率检测的延迟不能超过10ns,不然补偿就会滞后于信号变化,反而会引入新的干扰。还有,变容二极管的偏置电压要做稳压处理,电源纹波会直接影响它的结电容稳定性。”

他顿了顿,又补充道:“好的电路设计,从来不是堆砌昂贵的元件,而是让每一个元件都能在最适合的位置,发挥出最大的作用。你们两个,很有潜力。”

说完,周明远没再多留,只是拍了拍林舟的肩膀,便转身离开了实验室,保温杯碰撞门框的轻响,渐渐消失在走廊的尽头。

实验室里再次安静下来,只剩下白炽灯的嗡鸣,和窗外偶尔传来的虫鸣。林舟握着那枚变容二极管,看着白板上的电路图,只觉得一股热血从心底涌了上来,驱散了连日来的疲惫和焦虑。

他转头看向张弛,眼底闪烁着自信的光芒:“开工!今晚我们把这个动态补偿模块的原理图画出来,明天一早去采购元件,争取后天就能焊板测试!”

张弛用力点了点头,抓起桌上的马克笔,在白板上补充起细节参数。笔尖划过白板的沙沙声,像是一首激昂的序曲,在寂静的实验室里回荡。灯光下,两个年轻的身影并肩而立,专注的神情里,藏着对梦想的执着,和对未来的无限憧憬。

电路板上的焊锡余温尚存,示波器的屏幕依旧亮着,而那条困扰了他们许久的失真波形,似乎已经不再是难以逾越的鸿沟。一条新的思路,如同划破黑暗的曙光,正指引着他们,朝着更精密、更完善的电路设计,一步步迈进。

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