工程的噩梦
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下面是在职和实验室的工程师们分享他们最痛苦、最有趣或最奇怪的工程经历。大多数结局都很好!
EMC / EMI

数字恐龙:对旧设计的新挖掘

2019年1月22日

我老化的振动系统开始故障了。毕竟,摇晃30年对一个东西是有影响的。这个系统非常简单,只是一大堆音频放大器和一个控制器。令实验室经理懊恼的是,我一直故意忽视这些警告信号。虽然它是实验室里的摇钱树,但一个嘈杂的大盒子并不能撼动我的热情,不像毫米波频谱分析仪那样。但最近我得到了我早该得到的惩罚,这个系统最终疲惫不堪,似乎是永远的了。

我切比特的日子不多,间隔很长(而且很远、很长、很遥远);我一直对荧光粉(现在是OLED)上的射频电路、管道和爆裂线有更好的感觉,但我在安静的小消声室里的幸福即将破灭。我的手机震动了。埃尔默打来电话。

“迈克,”他开口了,“我不想告诉你坏消息,但是感应台坏了。”

我内心的呻吟从咬牙切齿中流露出来。“什么?它只比我那些已经长大、毕业、工作的孩子们大!”我们买了二手的,用了10年。

“嗯,它启动不了,放大器快没电了。”最初的钻机由20个4kVA D级放大器组成,所有放大器组合在一起并耦合到电动激振器中,这实际上只是一个大扬声器。从工业的角度来看,这个系统是适度的,但在过去十年里,它为我们提供了相对轻松的服务。

我们四处奔走了几个星期,在业界四处发恳求信,把废弃的箱子运往各地海岸,但一无所获。最后一个接触这个设计的人可能在90年代退休了,这个设计肯定是在cad之前,在fpga之前,用现代电子学的术语来说,是史前的。

但是,尽管这个故事的结局并不好,作为工程师,我们决定试着解决这个问题,或者至少用大学的方法来尝试一下。

这些古董作品所附带的一件东西——我不知道“技术手册的艺术”还存在多少——是一本美妙的、几乎是写得很有爱心的手册,它仍然与开裂的三环活页夹相连。这篇散文解释了操作理论——几乎带有一点关于开关模式电路之美的引人注目的色彩。

这个东西的核心功能是创建一个78 kHz脉宽(PW)调制信号,驱动放大器的DC-DC转换频率和PWM心跳,由来自我们的感应控制器的驱动信号调制。这是通过一些严重的低通滤波管道,这是用来修剪谐波。这一切都是关于效率的。D类操作意味着功率晶体管(另一个故事)要么完全“开”,要么完全“关”。在ON状态下,它们的输出电阻非常小,因此损耗很低(与a类放大器相反,a类放大器总是有一点偏置,并且在损耗很高的线性区域中花费时间)。

《信号完整性杂志》的读者可能会对PCB的曲线美布局感到困惑。在这些频率下,人们不需要担心匹配、特性阻抗、倾斜、定时或反射。快速看一下图中的公告板,很明显,信号的传播就像周日在市场上散步一样慵懒。电路的“逻辑”是运算放大器、AND、NAND、NOR和其他门的混合,缝合在一起,这样从表中的传感器返回的任何关键参数的错误都会发出嗡嗡的警报,系统就不会运行。这里没有eprom或微处理器,只有一个1和0级联驱动表。对于这个模拟的家伙,他没有看过逻辑真值表,好吧,也许自从这个东西放在一起,这是一个有时有趣/有时令人恼火的过程,在电路中分配数字,并弄清楚逻辑是如何工作的。

无论如何,不用说,这个美丽的设计师对布局感到非常自豪。你几乎可以想象到用Exacto刀刮擦面具,而且,正如你所观察到的,有很多测试点!没有花哨的错误代码或指示灯,只有一组拨码开关来隔离错误。

这个项目的挑战之一是重新填充CMOS dip(幸运的是所有东西都是嵌套的)。可替换的零件越来越少,在互联网上找到合适的零件就相当于在你疯狂叔叔满是灰尘的阁楼里寻找。但是!可以找到并更换零件。如果在这个练习中有任何“乐趣”,那就是用一个新的4043 Quad State R/S锁存器弄清楚电路并将逻辑带回生活。

不管怎样,最终恐龙被认为灭绝了。但回想起来,这段经历刷新了我对低阶异或门的逻辑和重要性的理解。


文章发表于《SIJ》2019年1月印刊,回顾:第48页。

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