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工作十多年的电子工程师,在工作中都挨过什么打?有哪些招式可以分享?本期,Back2School就邀请资深工程师Fungus,来聊聊他的升级打怪之路,顺便分享3招超实用的实战技能。
以下是视频重点内容整理:
在不久的将来,我们可能会经常看到这样一种现象,就是在某一个领域的人工智能工具,当它开始具备生产力,而且能够嵌入到某些行业的工作流里,相关的业务还跑通了。那么对应的一些企业,一定会毫不犹豫的开启降本增效,把以前n个人的岗位砍成1/n,并且这n个人的工作量会加到这一个人身上,这时候企业对这个人的要求会非常严格,会要求你既具备相关行业的知识和经验,还要求你掌握对应的人工智能工具,这样才能保证你的产出。
在电子工程领域,我们可以假设这样一个场景:如果现在出现了一个类似chatGPT的工具,我们只需要文本和它交互,它就能给我们完成器件选型、原理图设计、PCB设计以及后续的测试方案和导入量产,它都可以辅助我们。
在这种场景下,作为一个电子工程师,什么样的素质才是使我们有竞争力的?那么通过几个小案例来表达一下我的看法。
1
火眼金睛
这是一台华为SCD8700短路线圈检测仪,有探头,主机,电源适配器,这还有一包电路板。
主机上有一个电源开关,面板上的四个地方分别是蜂鸣器、ADJ调节孔还有两个指示灯,指示灯一个是电源一个是ERROR。
把探头的防水插头插到主机上,再把12V 1A的适配器插上,这时候只要上电机器就可以用了。
这台机器是用来测试平面变压器匝间是否短路的,给不知道平面变压器的朋友解释一下,平面变压器就是一种用多层电路板的走线来替代传统在骨架上绕线的变压器这种变压器一般在追求高功率密度的高端电源上会经常看到。
比如我手上这块就是一块通信电源的空板,上面这2个圈就是平面变压器的线圈,中间的洞会插入磁芯。
因为线圈是很多层电路板叠起来实现的,如果出现了层间短路,那么就是不合格的,必须在元器件SMD之前把不合格的PCB筛选出来,这就是这个仪器的作用。
首先打开电源,可以看到power灯亮了。这块板子客户给的时候是一个样品,两个圈里有一个是坏的,有一个是好的。使用这台仪器就可以测出来,哪个是坏的。
这机器就是14年前我刚毕业还在实习的公司第一个负责的项目,与其说是项目,不如说像是参加了一场电赛,需求是华为提的,据说是当时华为质量测试部门的工程师搞了很久没搞定,公司拿到了这个需求也是抱着死马当活马医的想法扔给我们看看能不能解决。
如果说这是一个电赛题目,那题面也的确够简洁的:搭建一个系统,能够检测平面变压器是否存在层和层之间的短路。
第一眼,短路了用万用表测呗。嗯?不对,再想想,好像线圈本来直流就是短路的,pass。
那我们测电阻吧?短路了电阻肯定会变小,然后我们测了一下,差别非常小,毕竟PCB上做的一圈线才几毫欧吖?
那我们搭电桥测电感?华为的朋友直接告诉我们不好使,因为不是每一款板子都有合适的testpoint,而且有时候有好几个抽头,测试速度太慢,他们想要检测的操作又快又简单,最好是两秒钟一下。
上网搜了一下,好像基本都是电桥测阻抗或者电感值的方法,正当我们在抓瞎的时候。一位吃瓜老者出现了,他在旁边听了我们讨论听了半天,就在一张纸上画了个电路图,然后告诉我们:你们用这个电感拿来做探头插进去试试,这个线圈形成闭合回路割磁感线了。
纸上的电路当时的我们第一眼没认出来,查了一圈资料才想起来这是高频电子电路课里讲过的三点式振荡电路,可以说是基础中的基础了。
我拿着洞洞板搭了一下电路,甚至都没计算电容值,随便挑了三个电容,手绕了一个电感用热熔胶打上,一上电电路居然起震了。
当我把电感插到短路的线圈里,我立刻观察到示波器上面的振荡波形掉了一大截我立马有思路了,整了个这样的电路焊在洞洞板焊上试了一下,效果拔群。
如今同样的问题去问chatGPT,它也只能说一堆有的没的,而老爷子只从他脑海里随便扣了一丢丢的知识就把整个问题的核心把握住了:
为什么要测线圈短路?因为线圈短路了会影响电源电路工作。
它是怎么影响电路工作的?因为短路了就会形成闭合回路切割磁感线。
切割磁感线会怎么样?会把电感里的能量用涡流的方式带走,然后发热。
既然如此,那如果一个振荡电路的电感也处在这个闭合回路里,震荡的能量就会被闭合回路带走,形成幅度差异。
智力和智慧的差别就在这里,老先生从物理实质出发,迅速抓到了问题的核心逻辑,这就是火眼金睛。
2
七十二变
时间晃悠到我也打算做点东西创业的时候,当时我想做一个虚拟现实的交互套件,相比leapmotion这种通过复杂的图像识别和一些硬件厂商通过做复杂的手指弯曲度检测手套来实现VR环境里的交互。
我想用一个能够检测深度的按键来替代抓取一类的动作进行的程度,这样可以达到处理复杂度、成本和体验的一个平衡。
这个是一个深度按键的原型机,当初我们开发来给VR项目用的,那么这所谓的深度按键的意思就是按下深度是可以被检测到的。
那它是什么原理呢?可以看一下,这是PCB,白色部分这里会有两根线从外围引出来焊到板子上,这是龙骨,这两根线在龙骨上是饶了一个线圈的。我们可以看到按键在新进的过程中,有个黑黢黢的东西在龙骨的内部移动,这个黑黢黢的东西是一个铁氧体棒。
这个是我们当初采用了这个深度按键的VR的一个项目的演示机器,可以给大家演示一下。
先选中这里这个界面才有,大家可以看到,其实它是可以追踪这两个点的空间位置,但是这个不是演示的重点。
大家可以看一下这个扳机是一个深度按键,我们可以看到这个屏幕的左下角会有个进度条,这个进度条就是这个按键的深度,我们按住它就会退出这个界面,效果其实还是不错的。
我们来看看电路原理,是不是有点眼熟,它的原理就是一个三点式震荡电路的变体,红圈的地方焊接的就是线圈,磁芯随着按键按下在线圈里移动,它的电感值会发生变化,这一次不是检测振幅了,而是检测频率的变化就可以测量出按键按下的程度。
想出这个方案,完全是受到了线圈短路测试仪的启发。
随后我还自制过一个自动水族系统,里面对于水位的检测也是这个原理,浮漂带动一个磁棒在线圈里移动,它可以检测水位的实际值。
从一个基础电路开始,完全可以变出不相关的解决方案,这就是七十二变。
3
奥卡姆剃刀大闹天宫
给大家看一张图,图里有两块电路板,他们完成了同样的功能。上面那块电路板看起来像是去玩了一趟A股,最后还剩一点裤衩子。
下面是最早的产品电路,上面是被我用奥卡姆剃刀砍过以后的,而且还量产了的电路。怎么做到的?
这是用在液晶手写膜产品里的驱动板,是一种利用胆甾相液晶的特殊性质制作的手写产品。
胆甾相液晶有人又叫它力敏液晶,它受到压力液晶分子就被压扁,这时候它具有反射光线的能力,给它施加足够的电场,电场说站起来不准跪,它又能站起来变得透明。
在最早这个行业里的驱动板几乎都是下面那种,为什么呢?
因为这是液晶行业的电驱动的一个默认的规矩,那就是液晶必须要用交流信号来驱动,而且对正负半周的对称性有要求,否则长期工作下来,液晶分子会极化失效。所以在液晶手写膜产品里,一开始几乎大家都战战兢兢的都在用交流信号驱动。
驱动它的电压比较高,少二三十伏,多五六十伏,所以需要一个boost电路;为了实现交流信号有正负半周切换,所以还需要一个H桥用来换向;为了能够实现这些控制时序,还需要一颗MCU来控制;电池用的是CR2032容量太低所以根本不适合MCU睡眠,所以还得加上软开关电路来来彻底断电。
自从经历了线圈短路测试仪这个项目,我越来越开始喜欢追问题的物理实质。于是在大胆假设小心求证之下,我发现:
在液晶手写膜这个产品上可以不用交流,因为液晶行业要交流驱动是因为人家液晶屏是一直通电的,液晶手写膜只有擦除的时候才通电,工况完全不一样,你来凑什么热闹啊。
我只要保证在产品的生命周期里液晶功能不出问题,我就是可以用单一极性来驱动它,于是乎行业里大家不敢碰的雷池,被我这个二愣子给一脚踩烂了。
MCU没有了,软开关没有了,H桥没有了,电路板上只有一个孤零零的boost电路和一个斯密特触发器做的脉冲源。于是我也收获了属于我的This is art,这就是挥动奥卡姆剃刀,敢于大闹天宫。
作为电子工程师,前面这三招要具体到你自己经历上去炼化,才能得到属于你的能力。
未来我掌握了这些能力,还是像片头那样被抓去给AI炼丹,然后被抛弃掉,那怎么办?答案,一直都在那呢。
Back2School “梦想金”
第六季Back2School:
第一期:这大概是80%的工程师毕业3年后的样子
Back2School往期内容: