第6章

江城國際會展中心的廣場上,初秋的風卷着桂花的甜香,掠過熙熙攘攘的人群。巨大的紅色拱門橫跨入口,鎏金大字“202X 江城電子技術創新論壇”在陽光下熠熠生輝,來自全國各地的工程師、學者和高校師生絡繹不絕,每個人的胸前都別着參會證,手裏攥着厚厚的技術資料冊,臉上滿是對前沿技術的熱切期待。

林舟站在人群裏,手指反復摩挲着口袋裏那張燙金的邀請函,背包的隔層裏,那個手工焊接的差分電路被防靜電布袋裹得嚴嚴實實。覆銅板上的焊點被他打磨得圓潤發亮,阻抗補償電位器的旋鈕上留着反復調試的細微劃痕,溫度補償的NTC熱敏電阻緊貼着板邊,而外公傳下來的那把焊槍,就躺在電路旁邊,槍頭的銀光被絨布襯得格外溫潤,像是揣着一份沉甸甸的時光。

今天,他不僅是來赴一場技術的盛會,更是來見一個人——周明遠。那個和外公並肩在青峰廠的車間裏,用一盞台燈、一張草稿紙,勾勒出差分電路藍圖的工程師;那個在筆記本的角落裏,留下“串聯100pF電容抑制高頻自激”字樣的前輩;那個當年和外公一起,爲了濾波電路的參數優化熬了無數個通宵的技術夥伴。

陳默早就和論壇主辦方溝通妥當,給林舟爭取到了和周明遠面對面交流的機會。這幾天,林舟把外公的計算日志翻了一遍又一遍,把遇到的問題整理成了滿滿三頁紙,從溫度補償網絡的動態優化,到差分電路的集成化路徑,最讓他掛心的,還是外公日志裏反復提及卻沒能完善的濾波電路設計。他在競賽裏靠着臨時搭建的阻抗匹配網絡勉強解決了高頻幹擾問題,但心裏清楚,那只是權宜之計,真正能從根源上抑制幹擾的,還是專業的濾波電路。

“林舟!這邊!”

不遠處,陳默正朝他揮手,身邊圍着幾個頭發花白的老人,都是當年青峰廠的老技工,他們的袖口還沾着淡淡的鬆香氣息,手裏的搪瓷杯上印着褪色的“青峰電子廠”字樣。林舟連忙擠過人群跑過去,陳默拍了拍他的肩膀,壓低聲音笑道:“別緊張,周工那人沒架子,當年在廠裏,最喜歡蹲在車間裏跟我們這些年輕技工討論RC和LC濾波的參數,一聊就是大半夜,連飯都忘了吃。”

話音剛落,一個穿着深灰色西裝、戴着金絲眼鏡的中年男人走了過來。他身形挺拔,眉宇間帶着儒雅的書卷氣,眼神卻銳利得像打磨過的探針,透着工程師特有的嚴謹與專注。陳默連忙迎上去,語氣裏滿是敬重:“周工,這位就是我跟你說的林舟,懷安師傅的外孫。這孩子厲害,復刻了懷安師傅的差分電路,還在大學生電子設計競賽拿了第一名,就是對濾波電路的原理,還有些地方沒吃透。”

周明遠的目光落在林舟身上,先是掠過他略顯局促的臉龐,隨即定格在他背包上露出的防靜電布袋一角,眼神裏閃過一絲懷念。他主動伸出手,掌心帶着溫和的溫度:“你好,林舟。我聽說了你的事,復刻了你外公的差分電路,還在競賽裏解決了高頻幹擾的難題,很了不起。尤其是你能想到用阻抗匹配來緩解信號反射,這個思路很靈活,不過你應該也發現了,阻抗匹配只能‘治表’,真正‘治本’的,還是濾波電路,對吧?”

林舟的心跳瞬間漏了一拍,他連忙伸出手,緊緊握住周明遠的手,聲音帶着一絲不易察覺的顫抖:“周叔叔好,我……我一直很崇拜您和外公。你們設計的差分電路,真的太精妙了。我在競賽裏遇到高頻幹擾的時候,臨時搭了阻抗匹配網絡,雖然讓波形穩定了,但共模抑制比還是掉了一些。外公的日志裏提了RC濾波和LC濾波,可我一直沒弄明白它們的工作原理,不知道怎麼把它們加到電路裏。”

周明遠看着他泛紅的耳根,忍不住笑了:“別叫我周工,叫周叔叔就好。走,我們去休息室聊,那裏安靜,正好可以好好給你講講RC濾波和LC濾波的門道。當年我和你外公,就是在這個問題上,磨了整整一個月。”

休息室的落地窗朝着會展中心的花園,陽光透過玻璃灑進來,在茶幾上投下斑駁的光影。林舟小心翼翼地從背包裏取出差分電路,輕輕放在茶幾上。周明遠俯身湊近,手指輕輕拂過電路板上的阻抗補償電位器和NTC熱敏電阻,指尖的溫度像是觸碰到了二十多年前的時光。他的目光落在電路輸入端那幾根短短的導線上,輕輕搖了搖頭:“你看,你這個電路的輸入端,只有簡單的導線連接,沒有任何濾波措施。差分電路的抗幹擾能力,三分靠阻抗平衡和補償網絡,七分靠濾波電路。沒有好的濾波,再完美的差分結構,也扛不住復雜的幹擾信號。”

林舟連忙拿出筆記本,筆尖懸在紙面上,眼神裏滿是求知的光芒:“周叔叔,您快給我講講,RC濾波和LC濾波到底是怎麼工作的?它們有什麼區別?我看外公的日志裏,一會兒寫RC低通,一會兒寫LC帶阻,我都分不清它們的用處。”

周明遠點點頭,伸手從茶幾上拿起一支筆,在草稿紙上畫了一個簡單的電路圖,一邊畫一邊耐心解釋:“我們先從RC濾波電路講起。RC濾波,顧名思義,就是由電阻(Resistor)和電容(Capacitor)組成的濾波電路。它的核心工作原理,是利用電容的‘頻率特性’——電容對不同頻率的信號,呈現出的容抗是不一樣的。”

他在草稿紙上寫下一個公式:X_C=frac{1}{2pi f C}。

“你看這個公式,容抗X_C和信號頻率f成反比,和電容容量C也成反比。”周明遠指着公式,一字一句地說,“頻率越高,容抗越小;頻率越低,容抗越大。反過來,電容容量越大,容抗越小;容量越小,容抗越大。這個特性,就是RC濾波的根本。”

他頓了頓,又畫了一個由一個電阻和一個電容串聯的電路:“最基礎的RC濾波,分低通和高通兩種。我們常用的RC低通濾波,就是讓電阻串聯在信號通路裏,電容並聯在負載兩端。對於低頻的有用信號,比如你電路裏的1kHz單端信號,它的頻率低,電容的容抗就大,相當於一個‘高阻開路’,信號可以順利通過電阻傳到負載;而對於高頻的幹擾信號,比如你遇到的1MHz幹擾,頻率很高,電容的容抗就小,相當於一個‘低阻短路’,高頻幹擾會被電容直接旁路到地,不會進入後面的差分放大模塊。”

林舟的眼睛亮了起來,他連忙在筆記本上記下公式,嘴裏喃喃自語:“所以,RC低通濾波的作用,就是‘通低頻,阻高頻’?”

“沒錯!”周明遠贊許地點點頭,又畫了一個π型的電路,“你外公當年設計的,是單級RC低通濾波,雖然簡單,但衰減效果有限。想要更好的濾波效果,就要用多級RC濾波,比如π型RC濾波,由兩個電阻和一個電容組成,像一個‘π’字。這種結構的濾波衰減率更高,對高頻幹擾的抑制效果更好。比如你要抑制50Hz的工頻幹擾,就可以選10kΩ的電阻和0.1μF的電容,根據公式計算,50Hz信號的容抗大概是31.8kΩ,能有效衰減工頻幹擾,而1kHz的有用信號容抗只有1.59kΩ,幾乎不影響信號傳輸。”

林舟恍然大悟,他終於明白,外公當年爲什麼在日志裏反復計算電阻和電容的參數——原來每一個數值的選擇,都和容抗特性息息相關。

“那LC濾波呢?”林舟迫不及待地問,“它和RC濾波有什麼不一樣?”

周明遠笑了笑,又在草稿紙上畫了一個由電感和電容組成的電路:“LC濾波電路,是由電感(Inductor)和電容組成的。它的工作原理,比RC濾波更復雜,也更精準。它不僅利用了電容的容抗特性,還利用了電感的感抗特性。”

他寫下另一個公式:X_L=2pi f L。

“電感的感抗X_L,和信號頻率f成正比,和電感量L也成正比。頻率越高,感抗越大;電感量越大,感抗越大。”周明遠指着公式解釋,“LC濾波就是利用電感和電容的特性互補,形成更精準的濾波效果。它分低通、高通、帶通、帶阻四種類型,其中我們對付窄帶高頻幹擾,最常用的就是LC帶阻濾波,也叫‘陷波器’。”

他畫了一個電感和電容串聯的電路:“你看,電感和電容串聯,會形成一個‘串聯諧振回路’。當信號頻率等於諧振頻率f_0=frac{1}{2pisqrt{LC}}時,這個回路的阻抗會變得極小,接近短路;而當信號頻率偏離f_0時,回路的阻抗會迅速增大。反過來,如果電感和電容並聯,就是‘並聯諧振回路’,諧振時阻抗極大,接近開路。”

周明遠看着林舟專注的眼神,繼續說道:“你在競賽裏遇到的1MHz高頻幹擾,就是一種窄帶幹擾,用LC帶阻濾波最合適。我們把諧振頻率f_0設定爲1MHz,這樣當1MHz的幹擾信號經過時,LC串聯諧振回路的阻抗變得極小,幹擾信號會被直接短路到地;而你的1kHz有用信號,頻率遠低於諧振頻率,回路阻抗很大,相當於開路,有用信號可以順利通過。比如選10μH的電感和2.5nF的電容,代入公式計算,諧振頻率正好是1MHz,對1MHz幹擾的衰減量能達到40dB以上,比RC濾波的效果好得多。”

林舟的筆尖在筆記本上飛快地移動,發出沙沙的聲響,心裏的迷霧徹底散開了。他終於明白,RC濾波和LC濾波的本質區別——RC濾波適合抑制寬頻的高頻幹擾,結構簡單,成本低;LC濾波適合抑制窄帶的特定頻率幹擾,濾波效果更精準,衰減率更高。

“那周叔叔,”林舟抬起頭,眼裏滿是疑惑,“既然LC濾波效果這麼好,爲什麼外公當年的設計裏,還是用了RC濾波?”

周明遠的眼神裏閃過一絲感慨,他放下筆,看着窗外的桂花樹,緩緩說道:“那是因爲當年的條件有限啊。二十多年前,青峰廠的元件庫裏,電感的質量很差,電感量的誤差能達到20%以上,而且體積大,容易引入寄生電容,反而會影響電路的穩定性。而電阻和電容,是最容易買到的元件,參數也穩定。所以我和你外公商量了很久,最後還是選擇了RC濾波作爲基礎,把LC濾波作爲進階方案,寫在了日志裏,希望以後有條件了再完善。”

他頓了頓,又看向林舟:“其實,最好的方案,是把RC濾波和LC濾波結合起來,做成復合濾波電路。先用π型RC低通濾波,衰減寬頻的高頻幹擾,再用LC帶阻濾波,精準抑制1MHz的窄帶幹擾。不過,這裏有個關鍵問題——兩種濾波電路不能直接串聯,因爲它們的阻抗特性不同,會相互影響,導致濾波效果下降。”

“那怎麼辦?”林舟連忙追問。

“這就要用到‘隔離緩沖’了。”周明遠笑着說,又在草稿紙上畫了一個運放的符號,“用一個運放組成電壓跟隨器,放在RC濾波和LC濾波之間。電壓跟隨器的輸入阻抗極高,輸出阻抗極低,既能隔斷前級RC濾波和後級LC濾波的阻抗耦合,又能保證信號的無失真傳輸。這樣一來,復合濾波電路就形成了一個完整的‘抗幹擾防線’——先由RC濾波‘廣譜殺菌’,衰減所有寬頻高頻幹擾;再由LC濾波‘精準狙擊’,幹掉1MHz的窄帶幹擾;最後由電壓跟隨器‘保駕護航’,保證信號幹淨地進入差分放大模塊。”

林舟看着草稿紙上的電路圖,心髒砰砰直跳。這個設計,完美地結合了RC濾波和LC濾波的優點,正是他夢寐以求的解決方案。他連忙問道:“周叔叔,那這個復合濾波電路的參數,怎麼選擇才能和我的差分電路匹配?”

周明遠拿起筆,在電路圖上仔細標注參數:“這個要根據你的差分電路輸入阻抗來定。你的電路輸入阻抗是1kΩ,所以π型RC濾波的電阻選10kΩ,電容選0.1μF,這樣不會影響信號的傳輸效率;LC帶阻濾波的電感選10μH,電容選2.5nF,諧振頻率1MHz,正好針對你遇到的高頻幹擾;電壓跟隨器用你電路裏的LM324運放就行,接線很簡單,把運放的同相輸入端接RC濾波的輸出,反相輸入端接輸出端,就是一個標準的電壓跟隨器。”

林舟把參數仔仔細細地記在筆記本上,字跡工整得像是印刷出來的。他忽然想起了什麼,從背包裏拿出那個紅色封皮的計算日志,遞給周明遠:“周叔叔,這是外公當年的日志,裏面有很多關於共模反饋電路的推導,還有您寫的那張關於消振電容的紙條。您看,這裏還有他當年計算RC濾波參數的草稿。”

周明遠接過日志,指尖輕輕摩挲着泛黃的紙頁,像是在觸摸一段塵封的歲月。他翻到夾着紙條的那一頁,看着自己當年稚嫩的字跡,眼裏閃過一絲淚光:“這張紙條,我都快忘了。那時候我們調試電路,發現高頻段有自激現象,我就建議加一個100pF的消振電容,沒想到你外公還留着。你看這裏,”他指着日志裏的一行小字,“你外公計算的RC濾波參數,和我剛才給你說的幾乎一樣,那時候他就已經算出,10kΩ電阻和0.1μF電容,對50Hz工頻幹擾的衰減量能達到15dB。”

他翻着日志,裏面密密麻麻的公式和數據,都是他和外公當年熬夜演算的痕跡。從阻抗平衡的推導,到共模抑制比的計算,再到濾波電路的初步構想,每一頁都寫滿了兩個工程師對技術的執着。

“周叔叔,”林舟看着他,眼裏滿是期待,“外公的日志裏,還提到了差分電路的集成化設計。您現在在做芯片設計,能不能給我講講,怎麼把這些離散的濾波元件集成到芯片裏?”

周明遠合上日志,認真地看着林舟:“集成化的關鍵,是把離散元件片上化。比如RC濾波裏的電阻,可以用芯片裏的多晶硅電阻;電容可以用金屬氧化物電容,體積能縮小到原來的千分之一。而LC濾波裏的電感,現在可以用片上螺旋電感,雖然電感量不大,但足夠滿足高頻濾波的需求。更重要的是,現在的芯片設計,可以把濾波電路、補償網絡和差分放大模塊集成在一起,形成一個完整的信號處理芯片,穩定性和抗幹擾能力會比離散電路強得多。”

他頓了頓,繼續說道:“不過,不管技術怎麼發展,濾波電路的核心原理永遠不會變——利用電容和電感的頻率特性,篩選出有用信號,濾除幹擾信號。你外公當年的設計理念,放在今天的芯片設計裏,依然是顛撲不破的真理。”

兩人聊了整整兩個小時,從RC濾波的容抗特性,到LC濾波的諧振原理,再到復合濾波電路的搭建,周明遠把自己二十多年的技術經驗,毫無保留地傳授給了林舟。他還給林舟講了很多當年的趣事——爲了找到合適的電感,他和外公跑遍了江城的電子市場;爲了驗證濾波效果,他們在車間裏熬了三個通宵,盯着示波器的波形,直到東方泛起魚肚白;當年廠裏的老廠長,還特意給他們發了五十塊錢的獎金,鼓勵他們繼續研究。

“林舟,”周明遠突然話鋒一轉,認真地看着他,“你有沒有想過,把這個復合濾波電路加到你的差分電路裏,然後去參加全國大學生電子設計競賽?你的電路基礎很好,加上復合濾波,共模抑制比能突破95dB,拿全國獎都沒問題。”

林舟愣了一下,隨即用力點頭,眼裏閃爍着光芒:“我想過!我還想把這個電路集成到芯片裏,讓更多的人用上它。外公當年的心願,就是讓他的設計能造福更多的人。”

“好!好!”周明遠忍不住拍了拍他的肩膀,語氣裏滿是期許,“有這個想法就好。如果你願意,我可以推薦你去我的實驗室實習,跟着我的團隊一起做芯片設計。我們可以把你外公的濾波電路理念融入到現代芯片裏,完成當年未竟的心願。”

林舟的眼睛瞬間溼潤了,他激動得說不出話來,只能一個勁兒地點頭。他做夢都沒想到,周明遠竟然會給他這樣一個機會,一個把外公的技術傳承下去、發揚光大的機會。

休息室的門被推開,論壇的工作人員走了進來:“周工,您的主題演講還有十分鍾開始。”

周明遠站起身,拍了拍林舟的肩膀:“走,跟我一起去會場。我今天的演講,就從你外公的差分電路和濾波電路開始講起。”

林舟跟着周明遠走進會場,巨大的顯示屏上已經亮起了演講主題——“從離散電路到芯片集成:濾波技術與差分電路的傳承與創新”。台下坐滿了觀衆,看到周明遠走來,立刻響起了熱烈的掌聲。

周明遠走上主席台,拿起話筒,目光掃過台下的觀衆,最後落在林舟身上,溫和地笑了笑。

“今天,我不想講那些高深的芯片技術,我想先給大家講一個故事。”周明遠的聲音透過音響傳遍整個會場,“二十多年前,在青峰電子廠的一間簡陋車間裏,有兩個年輕的工程師。他們沒有先進的設備,沒有高精度的儀器,只有一把焊槍,一張草稿紙,還有一顆對技術執着的心。他們設計了一款差分電路,用最簡單的RC濾波,實現了超高的共模抑制比。他們還構想了一套RC-LC復合濾波電路,可惜因爲條件有限,沒能落地。”

他頓了頓,指着台下的林舟:“二十多年後,其中一位工程師的外孫,復刻了這個電路,還在大學生電子設計競賽裏拿了第一名。他不僅吃透了老一輩的RC濾波和LC濾波原理,還解決了當年沒解決的高頻幹擾問題。更重要的是,他懷揣着和老一輩一樣的初心——讓技術造福更多的人。”

台下的觀衆紛紛轉過頭,看向林舟,掌聲再次響起,比之前更熱烈了。林舟站在原地,看着台上的周明遠,眼眶溼潤了。他知道,周明遠講的不僅僅是一個故事,更是一份跨越二十年的傳承。

演講結束後,很多工程師和高校教授圍了過來,想看看林舟的差分電路,還紛紛向他請教復合濾波電路的設計思路。林舟站在人群中,從容地講解着RC濾波的容抗特性和LC濾波的諧振原理,從參數計算到電路搭建,侃侃而談。他的手裏緊緊攥着外公的計算日志,像是握着一把打開未來之門的鑰匙。

夕陽西下,論壇落下帷幕。林舟和周明遠告別,周明遠把一本厚厚的《濾波電路設計手冊》遞給了他:“這是我當年學習濾波電路時用的書,送給你。記住,技術的傳承不是守着舊圖紙,而是帶着前輩的智慧,不斷創新。把RC和LC濾波的原理吃透,你的路會走得更遠。”

林舟接過手冊,鄭重地說了聲:“謝謝周叔叔。”

走出會展中心,陳默迎了上來,笑着拍了拍他的肩膀:“小子,厲害啊,周工都邀請你去他的實驗室了!”

林舟抬頭望向遠方,夕陽的餘暉灑在他的身上,像一層金色的鎧甲。背包裏的焊槍和電路,仿佛也變得沉甸甸的,那是時光的重量,也是傳承的力量。晚風拂過,帶來了遠處梧桐葉的沙沙聲,像是外公和周明遠在爲他鼓掌。

林舟握緊了手裏的計算日志和《濾波電路設計手冊》,腳步堅定地向前走去。他知道,自己的電子之路才剛剛開始,前方還有很多的挑戰和機遇。但他不怕,因爲他手裏握着的,不僅僅是一把焊槍、一個電路,更是RC濾波和LC濾波的核心原理,是一份跨越二十年的匠心,一份永不熄滅的銀火。

未來的路很長,但他的心裏,早已亮起

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