省赛“智多星”,超前部署一骑绝尘

2020-12-15 16:19
媒体报导
摘要:“出彩”、“漂亮”、“美”,这便是来自西安电子科技大学的程子昂,王晗宇,金逸辰同学对本次省赛所在小组设计作品的描述,言语间不仅传递出对作品的自豪与骄傲,也表达着对电子工程的热爱与执着。

“我一直觉得我们的方案是最出彩的。”


“我想用‘漂亮’来形容我们的作品。”


“…完美体现了什么叫做模电之美。”


“出彩”、“漂亮”、“美”,这便是来自西安电子科技大学的程子昂,王晗宇,金逸辰同学对本次省赛所在小组设计作品的描述,言语间不仅传递出对作品的自豪与骄傲,也表达着对电子工程的热爱与执着。提及省赛,大部分队伍都是几近不眠不休,轮流吃饭以保证进度。但来自西安电子科技大学的三位同学比较特殊,程子昂,王晗宇,金逸辰同学不仅可以保证比赛期间六小时睡眠,同时又可以将小组方案中的不同设想一一实现,选取最优解取得优异的成绩。这一方面有赖于三人对于选题的擅长和熟练,同时亦得益于三人充足的赛前准备和知识储备。正所谓“知己知彼,百战不殆”,程子昂,王晗宇,金逸辰同学正如赛场上三位足智多谋的指挥官,准备充足,分工有序,最终得以在省赛的战场上一鸣惊人,脱颖而出。



缘定社团,一往情深

程子昂和王晗宇同学来自电子工程学院,金逸辰同学则来自微电子学院。来自不同学院的三人结缘于西电科创社。西电的科创社是一个完全由学生组织的校内社团,年年招新,招募一群热爱科创的莘莘学子。程子昂,王晗宇,金逸辰三位同学在大一的时候,通过了招新,加入了科创社团,在社团中结识。科创社虽然注重技术理论,但一直也有做硬件和参加TI杯的传统,社团里的学姐学长也是历年各类电赛的常胜将军。科创社虽说是由学生组织管理,但是与学校里各个实验室都保持密切的交流关系,实验室的招新活动也会通过社团进行。程子昂,王晗宇,金逸辰三位同学便是一起通过考核进入学校NEP创客空间实验室,它是国家级工程实践教育中心,也是由西安电子科技大学与TI联合创办的创新实验室。


“TI不仅在实验器件上进行支持,同时还有专业课程支持,比如TI-RSLK机器人系统学习套件和毫米波雷达就与学校有合作课程。”


往年都会有TI的工程师来到西安电子科技大学的校园,开设专业课程,为同学讲解专业知识。程子昂同学有幸参与了TI与西安电子科技大学的校企合作工程。由于疫情原因,今年的课程以网课形式进行,TI工程师通过视频会议给同学们远程授课。程子昂同学报名了毫米波雷达课程,和TI工程师产生了一次“美丽的邂逅”。在课上,来自TI的工程师为同学们讲述了毫米波雷达各种算法和原理,并且和老师一起给参加课程的每组同学都邮寄了一套毫米波雷达,便于让同学们在实操中掌握理论知识。


正是在社团的鼓励,实验室的历练,课程的学习中,程子昂,王晗宇,金逸辰三位同学在电子工程的道路上不断成长,不断进步,将热爱和学习结合,为参加省赛打下了坚实的基础。


各自修炼,顶端相见

三位同学自大一结识,到如今大三,已经不是第一次组队参加比赛了。


“大一的时候,大家曾在不同的队伍中参加过大学生电子竞赛。但那时比较青涩,还没接触很多专业课,在参赛过程中也遇到了很多挫折。”正所谓“罗马不是一天建成的”,在接下来的几年里,三位同学经过了专业课的学习和更多比赛经验的积累,最终一起参加了此次的省赛。经过多次的合作,三位同学对彼此可谓是非常熟悉,合作起来也是默契无间,从选题到分工都一气呵成。


谈及这次赛题“放大器非线性失真研究装置”,三位同学都承认这是比较经典和简单的题目。“此次省赛的信号题是比较经典的模电信号题目,系统的复杂度适中,整个系统聚焦在信号流失的结构性,也没有进行闭环的反馈,总体来说是比较简单的题目。”题目虽然简单,却带来了另外的挑战,因为所有的参赛队伍都是有备而来,大家的作品在实现功能上都没有难度,如何让团队作品能够脱颖而出便成为了一大挑战。


随后,三位同学迅速分解题目并进行分工,硬件部分人人参与,软件部分则主要由程子昂同学负责。在整个比赛的过程中,由程子昂同学先仿真,计算出电路参数,在整体参数达标可用的情况下,再由金逸辰同学设计好电路板,最后由王晗宇同学到实验室加工机器上焊接并进行调试。在这样顺畅的分工下,才造就了三人高效的比赛过程,为作品的质量奠定了扎实的基础。


超前部署,臻于完美

在第一天上午,三人便根据分工把整个电路直接拆分成硬件和软件两块。硬件方面的任务十分明确,那便是制作一个可以产生各种失真的放大器。而三极管功放的部分,题目要求能产生各种失真,结合三人曾经制作音响功放相关的设计经验,当时便选择带有负反馈的OCL晶体管放大器电路。加上负反馈之后,整个功放得出的各种参数就可以被稳稳地掌控。而软件方面的任务主要是通过快速傅里叶变换算法测量总谐波失真。



比赛第二天,硬件的功放部分已经调试出来了,软件的算法也已经完成。比赛进行到第三天,三位同学完成了单片机控制电路的部分,可以开始进行系统组装。从第三天的下午开始,三位同学已经开始着手于提高精度,完善作品。团队预留了充足的时间来应对不测之变。“我们总得留点冗余,卡点完成总是让人不放心的。我们第三天晚上还熬了一会儿夜,用来提前进度。后来发现第四天白天已经没事可干了。”


三位同学参赛的过程可谓是一帆风顺,一骑绝尘。回想整场比赛最大的难点,程子昂同学表示是测量总谐波失真值。精准测量总谐波失真值是比赛中拿分的关键,程同学应用快速傅里叶变换算法对该值进行测量,但因为存在频谱泄露的问题,导致精度不够高。包括尝试使用同步采样以及在泄露干扰下准确查找谐波幅值,程同学在比赛期间尝试了不下五套的算法,来反复调整其中一些参数。整个调试的过程要不断地编写代码、查资料,同时还需要通过电脑接收几千个数据,导出到相关设备里进行波形的显示,随后进行大量的数据处理,这也是整个小组在比赛中遭遇的难点之一。在比赛后期,大家一直努力提高测量的精确性,让作品更加完美。


经过不懈的努力,最终三人呈现出的作品不仅功能完善,而且复杂度和性能相较其他组作品也更高。“题目拿到之后,功放电路的方案是我想到的,后来发现我们的方案比别人的复杂了不少。我当时一下拍定做这个复杂的电路,另外两位同学也没有提反对意见。”程子昂同学回忆起方案设想时,带着笑意,调侃自己领着队伍进了一个复杂的“深坑”。“就连赛后盘点的时候,老师看到我们这个电路,都很惊讶地说我们当初怎么这么大胆,绕这么复杂的电路。”


三人的作品使用了非常多的三极管,几乎是用分立的晶体管搭了一个类运放的作品。但也算是“因祸得福”,复杂的方案最后反而给三位同学节约了时间。因为面对同样简单的题目,许多队伍都提前完成了作品,然而每一支队伍都希望自己的作品独树一帜,当其他队伍开始绞尽脑汁,为了作品出彩而更进一步改善设计,提升复杂度的时候,三位同学“超前部署”的方案已经一步到位了。


最终的作品需要通过外界控制来对放大器进行失真,虽然题目要求只要有定性的失真效果即可,但为了追求完美,三位同学一致决定更进一步,把它做成连续调控。通过数模转换器输出程控电压,在放大器的输入端加入偏置,实现顶部、底部失真连续可调的效果。


“当时我们使用的数模转换器是TI的DAC8563,芯片精度很高,有16比特的有效位数,再者它是可以直接单芯片输出正、负信号,不需要额外做信号变换。而且从程序编写上来讲也非常方便,并没有太多复杂的寄存器。简单配置后,只需发送相应的幅值数据,就可以得到准确的输出的电压。TI器件的优秀性能为我们节省了大量的时间,同时达到了非常好的连续调节偏置电压的效果。”


当三位同学最终把电路搭出来的时候,由于其深度负反馈的特性,推挽放大级的交越失真特性被自动矫正了。后来经过三位同学的适当修改,通过改变推挽级的负反馈深度来使其可控的,从而达到了超出预期的效果。


“因为一开始我们就预测到这个题目一定很简单,那我们就要把它做得足够卓越,于是我们上来就上了一个性能绝对非常好的电路。我们知道完成题目要求拿满分的团队一定会非常多,我们所做的已经达到题目要求,我们只能追求完美和漂亮,达到更高的水平才能获胜。”


提到比赛心态时,来自西安电子科技大学的程子昂,王晗宇,金逸辰三位同学都洋溢着志在必得的自信。扎实的知识储备、高效的分工协作,以及超前部署追求完美的决心和精神,正是造就三人此次省赛一等奖好成绩的原因。当三位“智多星”滔滔不绝地谈起自己得意的作品时,尤其能够感受到他们对获胜的欣喜和对电子工程的热爱。谈笑风生间运筹帷幄,愿同学们能在电子工程的道路上快马加鞭,一骑绝尘,奔向锦绣前程。