模擬領(lǐng)域——一切皆有可能

我時(shí)常會(huì)被不懂技術(shù)的朋友或家人問(wèn)到這樣的問(wèn)題：“這些被叫做芯片(IC)的到底是什么東西？”以及“它們是如何工作的？”。我盡所能地給予解釋，當(dāng)然，我會(huì)盡量使這些答案貼合提問(wèn)人的背景和理解能力。到最后我通常會(huì)以這樣的回答收尾：你幾乎可以將它看作是一個(gè)純粹的魔術(shù)，我們可以構(gòu)建各種IC，并讓它們重復(fù)、可靠地工作。

但有些時(shí)候，即使是作為工程師的我們，也沒(méi)能以應(yīng)有的尊敬態(tài)度接受那些令人印象深刻或意想不到的成就。情況確實(shí)如此，即使那些成就打破了我們長(zhǎng)期堅(jiān)持的信仰。

有兩個(gè)例子很能說(shuō)明問(wèn)題。第一個(gè)是數(shù)字用戶線(DSL)：過(guò)去人們一直認(rèn)為電話線本地環(huán)路的可用帶寬只有3dB，覆蓋的頻率范圍大約為300Hz到3000Hz。此外還認(rèn)為：由于環(huán)路的固有帶寬很低，因此小帶寬沒(méi)有問(wèn)題；環(huán)路不均勻、未知，并具有不斷變化的頻譜響應(yīng)；環(huán)路是有噪聲的；語(yǔ)音頻譜包含大多數(shù)能量且容易理解，噪聲是其中的一部分，一切都很正常；而在相對(duì)很窄的帶寬之外，沒(méi)有什么是可以被利用的。

顯然，后來(lái)的DSL開(kāi)發(fā)人員沒(méi)有局限于窄帶、噪聲以及總體來(lái)說(shuō)很糟糕的頻譜特性。通過(guò)移走所有電信系統(tǒng)中安裝的線路濾波器，以及采用復(fù)雜的模擬和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，并加上一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)編碼和解碼算法，本地環(huán)路現(xiàn)在可以在終端用戶和附近的交換局之間提供相當(dāng)快速的數(shù)據(jù)傳輸速率。這是一個(gè)了不起的成就，并且來(lái)之不易。

另一個(gè)例子是現(xiàn)在很常見(jiàn)的基于科里奧利效應(yīng)的流體質(zhì)量流量計(jì)。這是一種非常真實(shí)的物理效應(yīng)，體現(xiàn)在許多地方，比如地球上空氣和水流的大規(guī)模、宏觀旋轉(zhuǎn)，以及遠(yuǎn)程炮彈和導(dǎo)彈明顯的飛行曲線。

然而不知為什么，過(guò)去的工程師們就能夠接受這種宏觀效應(yīng)，在小得多的尺寸上充分發(fā)揮這種宏觀效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，為流體和泥漿創(chuàng)建精確、相對(duì)緊湊的質(zhì)量流量計(jì)。通過(guò)將流體流過(guò)一個(gè)振蕩中的U形管，同時(shí)檢測(cè)管子由于科里奧利效應(yīng)引起的扭曲就可以實(shí)現(xiàn)這種測(cè)量，盡管中間還會(huì)遇到一些設(shè)計(jì)和技術(shù)難題。當(dāng)我第一次聽(tīng)到上述這種流量計(jì)時(shí)，我就在想“他們做了什么？怎么做的？這是不可能的!”

看起來(lái)我們永遠(yuǎn)不該說(shuō)“不可能”，即使是對(duì)我們自己。所以現(xiàn)在，我正在思考移相器、傳輸器、三度儀、隱身器甚至曲速驅(qū)動(dòng)器!