Чтобы создать новое, более точное и сложное электронное устройство, нужны еще более точные и сложные приборы для его тестирования. А чтобы создать эти супер-приборы, нужны... еще более совершенные устройства? Вот вам и замкнутый круг, классическая дилемма "курицы и яйца".
Представьте, что вы пекарь и хотите испечь самый идеальный багет в мире. Чтобы проверить его качество, вам нужна идеально ровная линейка. Но кто сделает эту идеальную линейку? Другой пекарь, у которого уже есть идеальная линейка? А у того откуда она? Эта аналогия прекрасно описывает проблему в мире электроники.
В чем конкретно заключается парадокс?
Инженеры постоянно стремятся создать микросхемы и процессоры нового поколения: более быстрые, энергоэффективные и миниатюрные. Но как удостовериться, что новый чип работает на заявленной частоте, скажем, 5 ГГц, если он сам является самым быстрым устройством в мире?
- Требуется "эталонный измеритель": Чтобы проверить осциллограф с полосой пропускания 10 ГГц, нужен сигнал с частотой 10 ГГц, сгенерированный с невероятной точностью. А чтобы создать такой генератор сигналов, нужен... другой, еще более точный осциллограф, чтобы его проверить.
- Проблема точности: Измерительные приборы всегда должны быть на шаг впереди того, что они измеряют. Их погрешность должна быть значительно меньше, чем допуск для тестируемого устройства. Если мы создаем чип с допуском в 1%, наш измеритель должен иметь точность хотя бы в 0.1%.
Как инженеры разрывают этот порочный круг?
Дело не в магии, а кропотливом инженерном труде. Вот основные методы:
- Использование фундаментальных физических принципов. Это самый надежный способ. Вместо того чтобы полагаться на другую электронику, инженеры используют явления, точность которых неоспорима.
Пример: Эталон напряжения на основе Джозефсонского перехода. Здесь используется квантово-механический эффект в сверхпроводниках. При облучении СВЧ-излучением определенной частоты, такой переход создает исключительно точное и стабильное напряжение. Поскольку частота — это самая точно измеряемая физическая величина, эталон получается невероятно точным. Это и есть та самая "идеальная линейка" из нашей аналогии. - Метод "взаимной калибровки" или "кольцевой проверки". Если нет одного супер-прибора, используют несколько.
Суть метода: Берут три прибора (A, B, C) и последовательно сравнивают их друг с другом: A с B, B с C, C с A. Анализируя расхождения между всеми парами, можно с высокой степенью вероятности вычислить погрешность каждого из приборов и математически "вывести" эталон. - Постепенная итеративная разработка. Это эволюционный подход.
Как это работает: Инженеры берут существующие, чуть менее точные инструменты и используют их для создания прототипа прибора следующего поколения, который немного лучше. Этот новый прототип затем используется для калибровки и улучшения других приборов. Шаг за шагом, итерация за итерацией, общая точность всей измерительной экосистемы медленно, но верно повышается.
Вывод
Парадокс развития измерительной техники — это не тупик, а двигатель прогресса. Эта постоянная гонка за точностью заставляет инженеров глубже погружаться в физику, изобретать новые методы калибровки и находить остроумные обходные пути. Именно эта "проблема курицы и яйца" в конечном счете толкает вперед всю электронную промышленность, позволяя нам каждый год получать все более мощные и удивительные гаджеты.
Это как строить лестницу в небо. Вы стоите на одной ступеньке, пристраиваете следующую, поднимаетесь на нее, и так далее. Без следующей ступеньки нельзя подняться выше, но чтобы ее установить, нужно уже находиться на предыдущей. Развитие электроники — это и есть процесс постройки этой бесконечной лестницы.
Ссылка на первоисточник: https://www.allaboutcircuits.com/news/paradox-of-developing-test-gear-an-electronics-chicken-or-the-egg-problem/
Вам также может понравиться: