年轻创新者在电子产品的“心跳”和“音乐的灵魂”中实现抱负

2019-04-01 19:43:06 来源:德州仪器

 

当他的琴弓划过琴弦,略过指板拨动小提琴的每个音符时,这位年轻人的手指随之精确地移动着。音乐厅与来自Niccolo Paganini美丽动人的演奏篇章相得益彰,每一个音符都与Ernest脑海中的旋律、琴弓的摇摆和手指的速度保持同步。当他演奏时,将自己的左手比作“工程师”,右手比为“音乐的灵魂”。
对于Ernest来说,小提琴充满着众多意义:一件困难繁琐的技能,一个可以唤醒竞争意识的工具,一个激励自己朝着更大目标前行的动力,同时,小提琴谐振器也会让他探求技术创新背后的潜在物理学,并有朝一日据此进行技术实践与延展。
在拉小提琴的过程中,Ernest的手指变得十分敏捷——可以帮助他更好的完成日常工作。他是TI应用研究中心Kilby实验室的微机电系统(MEMS)工程师。

 
Ernest开发了一种新的体声波(BAW)谐振器应用,这个装置与他的小提琴非常相似,仅100微米宽,TI的新型TI BAW技术比人类头发的直径小,并且振荡频率高得多。
这些小型计时器有潜力成为电子产品的坚固心跳,它将加速下一代连通性,从而实现大数据发展,激发智能城市、智能工厂、智能家居和许多其他应用的潜力。
Ernest站在达拉斯Meyerson交响乐中心Eugene McDermott音乐厅的中心舞台,他对上一次来到这里的经历仍然记忆犹新。13岁时,他坐在离他现在站立的5英尺范围内,与台湾青年管弦乐团一起演奏。也正是因为那个契机,Ernest深深地钟情于音乐。
如今,Ernest晚上是音乐会上的小提琴演奏者,白天是微电子机械工程师。TI通过加州大学伯克利分校的博士项目招募到他,目前,他是MEMS技术专家。他与全球各地的同事一起工作了六年,开发出这些微小的体声波谐振器的功能,如电子心跳 (或时钟信号 )告知每个电子元件何时完美地协调和同步。

这一切都源于音乐
回溯20世纪80年代中期,当时Ernest 5岁,与家人一起住在台北郊区。他的祖父是农民。音乐教育是必修课,尽管他的大多数同学都弹钢琴,但是在父母的催促下,他开始学习拉小提琴。每天训练指法和弓法,感觉像是一件苦差事。那个时候,Ernest对科学和体育更感兴趣。Ernest 说,“我原来一直在打篮球,后来我意识到自己不够高。”
Ernest和他的弟弟也喜欢使用LEGO®套件来制造机器人手臂和其他装置。他说,“玩具非常贵,所以我们会购买一个套件,开始时按照说明操作,然后,我们会试着制作其他东西。”在Ernest上小学时,他为自己的双层床建造了小型机械化电梯,这样他就可以将饮料和其他物品送到下铺弟弟那里。
上小学四年级时候,Ernest完成了他的首次全台湾小提琴比赛的表演,一切因此改变。虽然他并未获奖,但正是通过这场比赛,在场的评委、观众和竞争对手认识了Ernest。活动结束后,Ernest告诉他的老师和他的父母,他不打算参加他所在地区的高中入学考试。Ernest希望能在台北某所学校就读,因为那里音乐教育更先进。 后来,Ernest成功通过了全台湾难度最高的高中入学考试。
 
一个决定性时刻
在他的家乡,Ernest在数千名学生中排名第一。但当他就读于台湾最受欢迎的男子高中时,他意识到必须重新定义自己。Ernest 说,“当我去台北时,我不再是最优秀的那一个,那里的每个人都很棒,我意识到我不会永远是第一名,因此,我必须找到一些东西,因为我不能再以成功来定义我了。”
因此,Ernest转向音乐家社圈。Ernest 说,“我发现我喜欢与人合作。当和朋友一起演奏室内乐时,每个人都会投入其中,贡献自己的一份力。每个人都把一件事做好,最终大家一起获得更大的成功。这真的非常有趣。”
高中毕业后,Ernest就读于台北的清华大学,这所学校以其科学和工程专业而闻名。当Ernest还是一名大一新生时,某天他和几个学长坐在一起,非常紧张。其中一位学长告诉我,“嘿,也许你应该尝试做MEMS。”
 
谐振器创造者
在伯克利学习微机电系统工程博士学位期间,Ernest不仅专注于学业,开始专注于射频MEMS。他在黎明时分在MEMS实验室开始他的一天,经常整天待在实验室里。同时,Ernest每天从零点到凌晨2点练习小提琴。他既不想荒废自己的专业技能,也不想停下对音乐热爱的脚步。

正是在这段时间里,Ernest意识到他的小提琴如何产生声音同体声波谐振器如何产生精确节拍的基本物理原理是相同的。“一切都源于物理学,”Ernest说。
 
他的影响将是巨大的
如今,Ernest在Kilby实验室从事研发工作。他与其他技术人员密切合作,开发产品,例如最新的基于TI BAW的器件等产品。
 “该技术可用于任何需要计时功能的电子系统。几乎任何电子系统都需要一个时钟,” Ernest说,“例如,您的智能手机、投影机等等,几乎所有电子系统,有线或无线,都依赖于精确的时钟,以便同步信号或数据的传输。他们都必须同步,以便他们知道如何运作。”
几十年来,石英晶体已被用于电子系统内的计时功能。但这些昂贵的晶体出现磨损时,它们就会抖动或跳动,进而影响计时的精确性。Ernest帮助开发的技术之一便是可与石英晶体一起使用,以消除这种抖动,从而创建更精确的信号。另一项技术则是将TI体声波谐振器集成到微控制器中,无需石英晶体,并在电路板上创造更多空间,供设计工程师进行创新。
随着更先进的通信网络和大数据时代的到来,高精度时钟是必不可少的。世界各地的系统之间的数据传输速度越来越快,可以让医生与病人、农民与牲畜、楼宇与汽车实现有效互联。
从楼宇自动化到虚拟健康、个人电子产品等各种应用,基于TI BAW的新产品能够从根本上提升内部时钟的性能和应用运行速度。

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