TI杯，因为热爱

从全国31个省市、1134所院校所选拔出的20929支代表队、62787名大学生中，最终杀出重围，捧得两年一届、含金量最高的大学生电子信息类比赛——2023年全国大学生电子设计竞赛（以下简称“国赛”）最高奖“TI杯”的会是什么样的人？
 
答案在8月27日揭晓了。按照比赛程序，八道本科题目、三道专科题目每组的第一名上午八点再次接受专家组的测试，即“巡测”。外向的林仕方在杭州电子科技大学（以下简称“杭电”）的这支队里负责跟专家交流，围过来的专家越多，他就越兴奋，滔滔不绝地说起作品的特点、方案实现、算法实现、扩展的创新指标等等。“打这次国赛增强了我的自信心，”他这样告诉eeworld记者。他身上的00后特有的张扬有其原因，“以前别人对我评价比较高，不过我有时会怀疑自己。但这次我们的性能指标非常优秀，直接拉开了相当大的差距。”
 
18:08分，结果公布，林仕方和队友杨晋伟、张慧成为所有参赛学生中的最强者，改写了杭电的校史。同学和老师们并不觉得意外。队长杨晋伟平时被唤作“杨佬”，意即大佬，他是一位硬件大神，林仕方早有“林神”之称，而张慧则是电子信息学院400多人中绩点第一。也许只有他们的指导老师盛庆华此前心里非常忐忑，因为最终入围的都是高手中的高手，大家彼此间实力非常接近，谁赢都很正常。而且比赛时，盛老师一度以为他精心打造的这支队伍并没有全身心投入，因而郁闷至极。

右起：杭州电子科技大学
盛庆华老师、张慧、林仕方、杨晋伟

升级打怪三步曲

那是8月2日~5日“四天三夜”的第二天晚上，听说他们10点就准时回去睡觉了，而其他队伍吭哧吭哧弄到凌晨2、3点，盛老师的心一下子跌落到了谷底，以为他们并没有全力以赴，但其实他们是遇到了麻烦。
 
第一天选定B题《同轴电缆长度与终端负载检测装置》，开始动手后异常顺利。当天下午林仕方即写完了核心算法，杨晋伟完成电路仿真与搭建调试，晚上三个人已经开始在底板上放模块了。由于整个设计的雏形已经具备，第二天踏实睡到9点才开工。但没想到林仕方用矢量网络分析仪的数据已验证正确的算法，在作品上却怎么也跑不起来。“大家的情绪有点儿低迷，后悔早上开始得太晚了”，张慧回忆当时用了将近整整一天的时间，拿着示波器一点点排除硬件问题，一个变量一个变量去看，最后才发现竟然是算法库移植到应用程序的过程中，两台电脑的开发环境差异所导致。晚十点，系统终于跑起来了，经过高强度排除Bug的一天，他们非常疲惫，状态极差，极需休息回血。但林仕方反倒觉得这个时候路已经铺开了，因为最难的部分已经完成。
 
第三天的进展原本顺利，但晚上三人发现同样选做B题的隔壁组位置上空无一人，显然进度非常理想，这让他们感到了压力。及至23点左右，发现端口延伸方案不够完美，没达到预期，需要继续优化。进度推进的过程中，他们越来越兴奋，直到凌晨四点多。而张慧索性直接睡在了竞赛场地，早上六点就爬起来赶报告。在基本功能和指标实现后，此时杨、林二人的重点放在了创新功能上，如频率特性、史密斯圆、时域反射波形图（TDR）的显示等。
 
最终呈现的方案由激励信号源、基于惠斯通电桥的信号分离装置、超外差式接收机、MCU主控板、显示装置五部分组成。方案汲取了时域频域等价关系的核心思想，通过矢网原理测得S11参数后，将频率响应通过离散傅立叶反变换（IDFT）与插值超分辨率算法处理后得到时域冲激响应波形，根据反射峰位置确定被测同轴电缆长度；而负载检测则以S11参数计算阻抗并加以分析实现。
 
得益于TI与杭电自2008年起便开始的通力合作，他们仨能够熟练使用多种TI器件。在本次设计中，为满足系统的电源要求，他们采用TI降压转换器 TPS5430产生负电源轨。通过惠斯通电桥配合TI 电压反馈放大器THS4011构成定向电桥，实现入射波和反射波的分离，通过使用TI 运算放大器OPA227搭建MFB低通滤波器滤除混频后的高频信号，从而保留中频信号送入ADC ADS131A04，对两路中频信号进行同步采样后送入MCU进行信号处理。同时，REF3133和LM317/LM337为ADS131A04提供了稳定的基准电压和低噪声正负电源。这些产品的熟练运用，也为他们最终作品的指标提供了坚实的保障：线缆长度检测误差优于0.5%，最短长度能够测量至20cm，同时能在全量程范围内实现1mm的分辨率；RLC终端负载测量误差优于1%。

下午4点左右，基本一切就绪。

这四天三夜里，他们把之前学到的东西和培养的能力都用上了。“虽然之前在清单里已经看到了矢量网络分析仪，猜到了可能比赛会做这个，但毕竟是第一次做，边做边学，还是很有挑战的，”林仕方甚至还在现场写出了一个新的超分辨率算法，在带宽有限的情况下尽可能提升作品的精度。
 
省测时专家异乎寻常的严厉和刁钻，让三人猝不及防。压力反倒激发了林仕方的表现欲，和专家聊起来刹不住闸，直到队友担心耽误测试的时间而把他拉开。事后才得知原来因为指标异常出色，专家难以置信，因此对他们测试得格外严格。
 
没想到之后8月14日的综合测评才是真正的考验。按照规定，参赛学生只能自带并使用纸质图书资料，不能借助网络资源和电子资料。今年的题目与以往大不同，在信号产生与波形变换之外，又增加了模拟计算机的部分，即使用模拟电路解一个微分方程。“太新了，完全没有见过，”林仕方所负责的理论计算分析部分，对《信号与系统》的知识要求相对较高，但由于前几年的赛题没有涉及相关知识，他们并未携带相关的纸质资料。好在功底扎实，林凭着回忆把公式默写了下来。杨晋伟则负责电路的实现，到了微分方程那里，按照正常逻辑做出来的电路，却怎么也不起振。总共只有7个小时做题时间，在这里卡了1个多小时，最后查到是因为实际电路和理论模型之间的差异。通过简单的移相进行相位补偿来解决问题后，离测评结束只剩20分钟，仍然还有一些小工作未完成，只能争分夺秒。
 
最终，他们如愿进入了全国复测阶段。由于购买不到与之前同批次、同规格的电缆，性能参数也相应发生了一些变化，指标比省测时低了一些，但仍然是满分。当清楚大家分数相差无几时，林仕方再次进入他特有的“营业模式”。听完他对算法的介绍，专家感慨“好复杂”，又追了一句“你们很有潜力”。

在一起

最明白他们潜力的，当然是把他们拉在一起的盛老师，“把他们三个人分到三个组，就是三个‘国一’”。
 
因为父母从事元器件生意，从小看着琳琅满目器件的林仕方，久而久之就产生了兴趣。小学三年级接触编程，五年级自学C语言和单片机，算是正式开启电子之路。初中参加过机器人竞赛、信息学奥林匹克竞赛，还做过一些有趣的DIY：线圈炮、逆变器等。高中自行设计了一个飞控系统，控制算法全部是自己写的。踩着分数线进入杭电后，为了转到自己喜欢的电子学院，学习上原本纯属兴趣驱动的他拼命刷绩点，第二学期开学后终于如愿。

林仕方

在《数字逻辑电路》的千人大群中问问题时，因其见解和知识明显超出同龄人一大截，他被盛老师发现。两人虽然聊得很high，但一直都是线上的“网友”，直到5月中旬电子信息学院试点的第一届英才班面试，才分别以面试官与受试者的身份线下相见。因课程又多又难导致第二届没人愿意报的英才班，林仕方却在里面如鱼得水。此前他打破杭电大一不得参加国赛的规定，并拿到了2021年电赛的国家二等奖。那会儿的他什么都玩，而且是一个人软硬件全包，还拿下过院赛的特等奖。
 
当盛老师邀请他打2022年的TI杯模拟邀请赛时，“狂傲”的他终于遇到了一个让自己“另眼相看”的人。相比于他的兴趣点广泛，杨晋伟则专精于硬件，因此水平优于自己。杨同样从小就对电子有着浓厚的兴趣，从初中开始自学，只不过更专注于模拟电路方向的硬件。两个有着相同经历的人，聊上几句就知道彼此合得来。林仕方终于可以把硬件放心相托，解放出更多精力而专注于软件。事实上，他们的第一次合作就很完美，林仕方至今记得当时在实验室里看到的指标给他带来的震撼。

杨晋伟

杨晋伟更像是盛老师的“嫡系部队”，刚进入杭电，因“走进实验室”活动来到无线电爱好者协会，他一眼就认定，这就是自己该来的地方。凭着长期在家鼓捣的经验，直觉那是一种真正玩电子的环境特有的杂乱。盛老师会定期布置题目，相当于一个自然的淘汰机制，留下来的都是志趣相投。在实验室里，他认识了很多厉害的学长，抱着“以赛促学”的想法跟着他们学习。甚至大一暑期，在明知无法参加国赛时，他还主动报名参加国赛集训，就是觉得能够在有限时间内驱动自己抓紧时间学习，同时和厉害的人一起会进步更快。
 
林仕方和杨晋伟恰好属于盛老师很喜欢的那种从小就接触电子的学生，因为有发自内心的热爱，不会在比赛时带有特别功利的目的，遇到困难时更容易坚持下去。就这样，在盛老师的撮合下，杭电20级学生里，软件最强、硬件最强的两个人携手，在2022年的TI杯模拟邀请赛上小试身手，拿下了国一的好成绩。

张慧

国赛前两个月，因原有的队友退出，盛老师给他们引荐了21级师妹张慧。张慧的经历虽没有两位学长那么丰富，但也是初中就自学了C++，后因课业太重而被迫放弃自己的兴趣。高中阶段她很迷茫，不知道究竟在学些什么，来到杭电后原本她最想学的是计算机，但后来发现自己已经爱上了电子。盛老师是在一堆数电课的作业中发现的她，她显然是花了很大的功夫仔细琢磨过了，而且每次作业都非常扎实，实验课的报告和别人明显不一样。即使是参加培训，她依然能够保持在整个学院绩点第一。盛老师觉得张慧就是那个最合适的第三人，因为她软硬兼修，无论题目偏重哪个方向，她都能够帮助任务重的一方减轻压力，并能在报告中完美呈现队伍的成绩。
 
就这样，国赛“梦之队”组成了， 盛老师觉得他们就是该去冲击“TI杯”的，以弥补杭电2年前的遗憾。当时实力同样非常强悍的丁庆辰、汤嘉航、林瀚伟队伍也夺得了全国A题第一名，在杭电历史上第一次进入了总测评最后的展示阶段。

为什么是他们

盛老师的心思，他们仨都懂，但是似乎并没有感到压力，“做坏了等下一届，”事后杨晋伟他们开玩笑似的说。其实，去年的模拟邀请赛没有拿到最高奖，林仕方反倒释然了，他对最后捧杯的东南大学的宋玉成记忆深刻，“他也是从小就玩电子，他是真的强。他集中于一点，就是专攻模拟方向，他们的方案的确很出色。”也是受他影响，林仕方更加坚定了自己也要专攻于一点——信号方向。“见识过这样的强者，对结果就不在意了。这样的强者其实有很多，遇到了，能学习学习也是好的，”杨晋伟说。
 
不执着于拿奖这件事，也许反倒有利于他们在比赛中集中精力于发挥团队每个人各自的特点。张慧说在遇到林仕方之前，从来不知道还可以把数学应用到算法中，通过实际系统去实现。在准备模拟邀请赛时，林仕方整理通用算法库，接触到很多有趣的信号处理算法，从而产生了一些自己的想法。他会写理论证明，然后再做练习题，其实就是将理论跟实际结合，并经过工程实践验证。而且由于兴趣广泛，他可以有更多的视角，系统地从上到下、将各个学科结合起来看待团队的作品。
 
“一开始见到他就觉得好厉害”，张慧初见杨晋伟就发现，“当板子遇到问题时，他看一眼基本就知道问题在哪里了。”杨晋伟会有意识地积累经验并归类，同时也有深厚的理论知识打底。使用一个器件，他不止了解管脚怎么用，而是会深入研究内部的电路结构，并反推器件的使用场景和可能出现的问题。就像书本上简单的定义背后其实有很多可以深究的东西，电子电路设计也是一样，重视细节，设计出来就稳定了，不太可能有其他干扰。
 
正因为三个人知识面的并集相当大，同时也各有专长，有共性，也有互补，张慧说“我们一起做出的东西下限很高。”不过他们仨也是一步步走过来的，并不存在什么一蹴而就。“以前做电路炸个MOS管，拉个烟什么的，都是家常便饭，”林仕方补充到。
 
当然如果没有盛老师把他们拉在一起，这一切也不会发生，盛老师戏言组队就像帮人找结婚对象，要考虑到方方面面。张慧眼里的盛老师善于在学生中发现对电子感兴趣的人、努力的人、逻辑清晰的人，愿意帮他们指引未来的发展方向，告诉他们各条路走下去会怎样，“人很容易局限在自己的小世界里，有个看过路的人帮你指导，是非常幸运的”。

老师和无线电协会的学生们

张慧原本在另一个实验室，但没人指点方向，她又很想学东西。听同学说在无线电实验室，半夜提问都会有人回答，就果断一头扎了进来。无线电协会作为杭电历史最悠久的社团，伴随时代一直向前，虽然硬件上并不那么完美，但盛老师非常自豪的是“我们是最负责任的实验室，学长和学弟间的氛围绝对是最好的。”
 
舞台！灯塔！技术的氛围！这是杭电在三位年轻人心中的印象。杭电有着严格的集训制度，为学生提供充分的实验场地，并且制定了循序渐进的集训任务。同时，杭电与TI还有长期深入的合作，成立有杭电-TI 单片机联合实验室、模拟联合实验室，方便学生在课程教学和竞赛实践中学习使用高性能的TI器件。在学习中遇到问题，学生也会习惯于通过TI网站、TI论坛寻找答案，因为TI的参考资料“不仅给出了源代码，而且添加了很多注释，为比赛中的灵活应用提供了极大的帮助。”这为学生最后在比赛中的顺利发挥提供了强有力的基础。
 
若干年后，当被问起国赛时，他们仨可能最先想到的不是拿了什么名次，而是那些备赛过程中的点点滴滴，一起奋斗四天三夜的队友，队友间的情谊，以及在这个过程之后，所收获的解决问题的方法论和解决实际问题的能力，这些都是工程人员一辈子的财富。
 
对于喜欢的人来说，电子设计原本就是件很有趣的事，用林仕方的话说，“解决问题会很有激情，很有成就感，这就足够了。”