电赛 | 19年全国一等奖，北航学子回忆录。
關(guān)注、星標公眾號，直達精彩內(nèi)容
2021年電賽將在八月份舉行！
備戰(zhàn)電賽的同學們，有人成竹在胸，有人迷茫困頓……那么，如何汲取最快的備賽經(jīng)驗？
北航大四學長RadonyL，榮獲2019年全國電賽一等獎，目前任北航科技競賽組學生教練。
以下的內(nèi)容分享是來自于Radonyl同學的博客，高手的電賽之路，拒絕采坑。
同學們都來看！！！（劃重點）
*2019年8月11日，比賽結(jié)束后將作品送到北郵封存*
電賽考察的是什么？
我參加電賽純屬偶然，多虧了ghx同學賞識我在電子方面的興趣，在18年10月的時候拉上我組隊，去打電賽——目前國內(nèi)電子類的最高競賽。
經(jīng)過了解，這個比賽就是讓三人一隊，在三天的時間內(nèi)完成一個題目指定的電子作品，共有5-7個題目供選擇，傳統(tǒng)上來說分為高頻題、電源題、儀表題、自控題和無人機題等，還有高職專用題，受眾面非常廣。
此外，這個比賽也是國內(nèi)電子信息類的最高競賽，每屆比賽（兩年一屆），凡是校名里面帶有“電子”“科技”“理工”的學校都積極參與，并取得不錯名次。但清華、北大這些頂尖高校鮮有參與，即使參與其成績也十分一般，甚至進不了國賽。
這是電賽給我的第一個沖突感：這也許是一個不考究創(chuàng)新和學術(shù)的比賽，因為那些專注于培養(yǎng)學生學術(shù)能力的學校往往不能在里面拿名次。
那我們不禁要問：電賽考察的是什么呢？
為了得到這個問題的答案，我找來了所有的往年題，與此同時學校也下發(fā)了選拔題目。通過對這些歷屆題目及其題解的整合和分析，我發(fā)現(xiàn)電賽不外乎考察了以下幾種能力：（不包括自控和無人機方向）
1.? 模擬信號鏈設(shè)計與調(diào)試
*典型的模擬信號鏈（圖片來源：microchip)*
模擬信號鏈，其主要研究的問題就是將模擬信號進行變換、調(diào)理，方便對其進行數(shù)字化，并最終運用數(shù)字的方法對信息進行處理、存儲和展示。在電賽中，往往給出了信息的來源，和最終的去向，中間的部分自由發(fā)揮。
如果執(zhí)行器和傳感器輸入信號有反饋關(guān)系，就構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)；如果執(zhí)行器與輸入為映射關(guān)系，就構(gòu)成一個測量儀表。
這些題目包括05年的集成運放參數(shù)測試、07年的程控濾波器和多年都出現(xiàn)了的數(shù)字示波器等，模擬信號鏈的難點主要是：
1.對電壓、電流、電阻、電容和電荷的精密測量
2.信號鏈噪聲、動態(tài)范圍和精度的定量計算
3.帶寬與精度的權(quán)衡
2. 射頻信號鏈設(shè)計調(diào)試
*主要考察可控增益與衰減（圖片來源：ADI）
射頻信號鏈，其處理的信號頻率在300M以上，與常規(guī)的模擬信號鏈的根本不同在于：集總元件假設(shè)不再成立，必須考慮電路中的分布參數(shù)，而大部分的分布參數(shù)都是我們不希望的。電賽中一般出現(xiàn)的是可控增益與衰減（包括AGC）這部分的難點是：
1.必須具備完整的微波工程知識體系，掌握傳輸線理論
2.理解系統(tǒng)靈敏度（噪聲）、動態(tài)范圍和增益分配的概念
3.在實物制作中，掌握高頻PCB的Layout準則（阻抗控制、信號完整性等）
4.用于調(diào)試射頻電路的儀器極其昂貴（VNA，頻譜儀，射頻信號源）
3.??電源設(shè)計
*典型的儀器儀表電源（圖源：ADI）
電源能夠給各級電路提供合乎要求的Power rails，涉及到的技術(shù)包括DC-DC、LDO等，這些都有芯片級的解決方案，能用就行。主要關(guān)注的是電源的噪聲，應該盡量減少電源的噪聲，特別是帶內(nèi)噪聲。但也有將電源作為題目主體的，考察逆變、整流、變頻和調(diào)相等，這些題目中多涉及到功率電子，屬于電力電子方向。
FPGA的使用
●??數(shù)字信號處理：自適應濾波器、數(shù)字收發(fā)機 （數(shù)字下變頻、DPLL等）
●??高速數(shù)字電路：頻率計
儀器儀表原理
●??時域測量
????示波器
????萬用表
●??頻域測量
????頻譜儀
????失真儀
●??網(wǎng)絡(luò)分析
????低頻：LCR阻抗測量
????高頻：標量/矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
系統(tǒng)整合與控制
●??模塊化設(shè)計
●??設(shè)計的可靠性
●??文檔編寫
硬件工程師的自我修養(yǎng)（經(jīng)驗積累）
●??原理圖繪制與PCB Layout
●??常用儀器的操作
●??焊接技術(shù)
●??故障分析調(diào)試
做完一個整體的分析，這個“不外乎”也實在太難為人了：這里面的每一個考察的方向，都有深厚的行業(yè)和學科背景，都值得深入地研究。
面對涉及面如此廣的比賽，我們不禁要問：“如何對敵？”
我認為最關(guān)鍵的，就是培養(yǎng)一種“工程直覺”，即能夠看到一個需求迅速形成解決方案的系統(tǒng)框圖，其實就是看到各種需求背后那些本質(zhì)的東西，這樣就可以在熟悉的領(lǐng)域內(nèi)解決問題。
比如今年（2019年）的紙張計數(shù)顯示裝置，本質(zhì)上就是對電容的測量，電容的測量可以用什么辦法呢？
比如LCR、振蕩電路等，考慮到是pF級別電容的測量，需要考慮對電容進行等效放大以減小測量誤差，這時選取振蕩電路法就比較合理。
還有今年的線路負載及故障檢測裝置，本質(zhì)上就是測量電路的阻抗譜，等效于一臺LCR。LCR是典型的模擬信號鏈，有自平衡半橋法、數(shù)字鎖相法等，方案的選擇是需要按照實現(xiàn)難度和精度要求去取舍的。
電賽重在動手。按照學長的話來說：“所謂電賽，就是把以往的題目都做了，就會了”。要想把電賽做好，往年題就是重要的參考。可我發(fā)現(xiàn)拿著往屆的優(yōu)秀論文往往只能提供一些方向性的指導（原因的論文基本就是套用寫好的模板，比賽的時候沒有時間寫得詳盡），難以真正落到實處。
若嘗試自主設(shè)計，卻總難免落入眼高手低的困境。動手能力本質(zhì)上是工程經(jīng)驗的積累，是工程直覺落到實處的關(guān)鍵。工程經(jīng)驗的積累除了不斷實踐，有人提攜才是最關(guān)鍵的，這個在后面會說到。
總的來說，電賽考察的應該是綜合創(chuàng)新能力和動手能力，它不需要你用高超的技術(shù)探求測量的極限、追求面面俱到的不妥協(xié)，也不需要以產(chǎn)品的標準來考慮它的成本、可制造性；它需要的是綜合已有方案解決新問題，并且整合的速度要快，質(zhì)量要高。
一種優(yōu)雅的方案——XSTK
前面已經(jīng)說到，電賽就是要快速綜合已有的方案來解決新的問題，一種比較普遍的做法就是準備很多小的模塊，比如放大器、比較器、電源、單片機等，這些模塊均使用統(tǒng)一的電源和信號接口，比較常見的是使用SMA作為信號接口，電源則采取插座版的形式。
*一種典型的電賽作品（圖片來源：知乎）
這種作品實在太不優(yōu)雅，讓人一眼看上去就覺得十分不靠譜。我們提出了一種通用電路模塊系列，規(guī)范了尺寸和固定孔位，定義了統(tǒng)一的供電、通信總線。這些模塊形成一個堆疊結(jié)構(gòu)，由一塊電源板集中供電、一塊控制板集中控制，模塊之間使用排線連接供電和通信總線。
這種結(jié)構(gòu)我們?nèi)∶麨椤癤STK”，是取stack的縮寫，意為堆疊式的。
XSTK模塊：UFGL31603 控制器
PCB的尺寸選擇了8.9*10，在特價樣板的尺寸限制內(nèi)。寬度之所以是8.9是為了LEGO適配，可以使用LEGO零件來做外殼。在PCB右側(cè)的10P的DC3插座(J_PWR)為電源總線插座，14P的DC3插座為通信插座(J_DAT)，提供I2C和SPI。在射頻連接器上選用無需擰螺母也不會松動的MCX連接器，提高安裝的效率。
這里額外補充一下，RF相關(guān)的連接線、連接器、衰減器等，其加工公差分為校準級、實驗級和產(chǎn)品級。在選購RF相關(guān)的器材時，最好選擇專營店購買實驗級產(chǎn)品（價格為產(chǎn)品級的5-10倍），并且嚴格按照規(guī)范拆裝，保證連接的可重復性，并且杜絕與他人借用、混用（這樣你的公差就把他/被他的同化了）
*使用LEGO科技零件搭成的XSTK外殼
*XSTK堆疊結(jié)構(gòu)樣例
在確定的模塊基本屬性之后，我們需要確定需要制作哪一些模塊。我們研究了工業(yè)界的 PXI 模塊化儀器系統(tǒng)，結(jié)合電賽的實際情況，確定了XSTK模塊的分工和規(guī)劃。
控制器：MCU模塊
激勵源：DDS模塊
高速DSP：FPGA配高速AD/DA
信號調(diào)理：固定/可變增益放大器、有源/無源濾波器、比較器、檢波器、LNA、? 程控衰減器、乘法器、繼電器
可以看到在信號調(diào)理這個部分的模塊特別多，而且每個模塊做的事情都特別簡單，這是XSTK模塊設(shè)計過程的一個妥協(xié)。
在原本的計劃中，XSTK應該將每一個模塊設(shè)計為一個獨立的儀器，比如將乘法器、濾波器、檢波器組成下變頻模塊，但是考慮到時間、精力有限，我們還是把信號調(diào)理打得很散。
但總的來說，XSTK的模塊的目標是構(gòu)成典型的儀器儀表類的通用模型。在以往的電賽中，總會出現(xiàn)一個可以運用這個模型的題目，而今年（2019年）的題目更加突出了這個模型的重要性。
-END-
猜你喜歡（點擊下劃線閱讀）
「2020年電賽」電源題詳細技術(shù)方案，立即收藏！
2020年電賽題目，命題專家權(quán)威解析！
芯片IC附近為啥要放0.1uF的電容？
??最 后??
?若覺得文章不錯，轉(zhuǎn)發(fā)分享，也是我們繼續(xù)更新的動力。
5T資源大放送！包括但不限于：C/C++，Linux，Python，Java，PHP，人工智能，PCB、FPGA、DSP、labview、單片機、等等！
點擊下方卡片，在公眾號內(nèi)回復「更多資源」，即可免費獲取。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的电赛 | 19年全国一等奖，北航学子回忆录。的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 网线的交叉线与直连线的区别是什么
- 下一篇： 电赛 | 19年全国一等奖，北航学子回