木块探测器，用来探测地下多年木材的 器财，

谈起金属探测器。人们就会联想到探雷器。工兵用它来探测掩埋的地雷。金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器。除用于探测有金属外壳或金属部件的地雷以外。还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆。乃至能够地下探宝。发现埋藏在地下的金属物体。金属探测器还可以作为展开青少年国防教育和科普活动的用具。固然也不失为是一种有趣的文娱玩具。

　　工作原理高频振荡器

　　

　　由三极管VT1和高频变压器T1等组成。是一种变压器反馈型LC振荡器。T1的低级线圈L1和电容器C1组成LC并联振荡回路。其振荡频率约200kHz。由L1的电感量和C1的电容量决定。T1的次级线圈L2作为振荡器的反馈线圈。其“C”端接振荡管VT1的基极。“D”端接VD2。由于VD2处于正向导通状态。对高频信号来讲。“D”端可视为接地。在高频变压器T1中。如果“A”和“D”端分别为初、次级线圈绕线方向的首端。则从“C”端输入到振荡管VT1基极的反馈信号。能够使电路构成正反馈而产生自激高频振荡。振荡器反馈电压的大小与线圈L⑴L2的匝数比有关。匝数比太小。由于反馈太弱。不容易起振。过大引发振荡波形失真。还会使金属探测器灵敏度大为下降。

　　振荡管VT1的偏置电路由R2和二极管VD2组成。R2为VD2的限流电阻。由于二极管正向阈值电压恒定（约07V）。通过次级线圈L2加到VT1的基极。以得到稳定的偏置电压。明显。这类稳压式的偏置电路能够大大增强VT1高频振荡器的稳定性。为了进一步提高金属探测器的可靠性和灵敏度。高频振荡器通过稳压电路供电。其电路由稳压二极管VD⑴限流电阻器R6和去耦电容器C5组成。

　　振荡管VT1发射极与地之间接有两个串连的电位器。具有发射极电流负反馈作用。其电阻值越大。负反馈作用越强。VT1的放大能力也就越低。乃至于使电路停振。RP1为振荡器增益的粗调电位器。RP2为细调电位器。高频振荡器探测金属的原理

　　

　　调理高频振荡器的增益电位器。恰好使振荡器处于临界振荡状态。也就是说恰好使振荡器起振。当探测线圈L1靠近金属物体时。由于电磁感应现像。会在金属导体中产生涡电流。使振荡回路中的能量消耗增大。正反馈减弱。处于临界态的振荡器振荡减弱。乃至没法保持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这类变化。并转换成声音信号。根据声音有没有。便可以判定探测线圈下面是不是有金属物体了。振荡检测器

　　

　　振荡检测器由三极管开关电路和滤波电路组成。开关电路由三极管VT⑵二极管VD2等组成。滤波电路由滤波电阻器R3。滤波电容器C⑵C3和C4组成。在开关电路中。VT2的基极与次级线圈L2的“C”端相连。当高频振荡器工作时。经高频变压器T1耦合过来的振荡信号。正半周使VT2导通。VT2集电极输出负脉冲信号。经过π型RC滤波器。在负载电阻器R4上输出低电平信号。当高频振荡器停振荡时。“C”端无振荡信号。又由于二极管VD2接在VT2发射极与地之间。VT2基极被反向偏置。VT2处于可靠的截止状态。VT2集电极其高电平。经过滤波器。在R4上得到高电平信号。因而可知。当高频振荡器正常工作时。在R4上得到低电平信号。停振时。为高电平。由此完成了对振荡器工作状态的检测。

　　音频振荡器

　　

　　音频振荡器采取互补型多谐振荡器。由三极管VT⑶VT4。电阻器R⑸R⑺R8和电容器C6组成。互补型多谐振荡器采取两只不同类型的三极管。其中VT3为NPN型三极管。VT4为PNP型三极管。连接成互补的、能够强化正反馈的电路。在电路工作时。它们能够交替地进入导通和截止状态。产生音频振荡。R7既是VT3负载电阻器。又是VT3导通时VT4基极限流电阻器。R8是VT4集电极负载电阻器。振荡脉冲信号由VT4集电极输出。R5和C6等是反馈电阻器和电容器。其数值大小影响振荡频率的高低。互补型多谐振荡器的工作原理

　　

　　接通电源时。由于VT3基极接有偏置电阻器R⑴R3而被正向偏置。假定VT3集电极电流处于上升阶段。VT4基极电流随之上升。致使VT4集电极电流剧增。VT4集电极电位随之迅速升高。由VT4输出的电流通过与之相连的R5向C6充电。流经VT3的基极入地。又致使VT3基极电流进一步升高。如此反复循环。强烈的正反馈使得VT⑶VT4迅速进入饱和导通状态。VT4集电极处于高电平。使多谐振荡器进入第一个暂稳态进程。随着电源通过饱和导通的VT4经R5向C6充电。当VT3基极电流降落到一定程度时。VT3退出饱和导通状态。集电极电流开始减小。致使VT4集电极电流减小。VT4集电极电位降落。这一进程又进一步加重了向C6充电电流迅速减小。VT3基极电位急剧下降而使VT3截止。VT4集电极迅速跌至低电平。多谐振荡器翻转到第二个暂稳态。多谐振荡器刚进入第二暂稳态时。先前向C6充电的结果。其电容器右端为正。左端为负。现在C6右端对地为低电平。由于电容器C6两端电压不能跃变。故VT3基极被C6左端负电位强烈反向偏置。使两只三极管在较长时间继续保持截止状态。在C6放电时。电流从电容器右端流出。主要流经R⑸（R8）、R⑼VT5发射结入地。又经过电源、R⑹R⑴R3流回电容器C6左端。直到C6放电结束。电源继续通过上述回路开始对C6反向充电。C6左端为正。当C6两真个电位上升至07V。VT3开始进入导通状态。经过强烈正反馈。迅速进入饱和导通状态。使电路再次产生翻转。重复先前的暂稳态进程。如此循环往复。电路产生自激多谐振荡。从电路工作进程可以看出。向C6充电时。充电电阻器R5电阻值较小。因此充电进程较快。电路处在饱和导通状态时间很短；而在C6放电时。需要流经许多有关电阻器。放电电阻器总的数值较大。因此放电进程较慢。也就是说电路处于截止时间较长。因此。从VT4集电极输出波形占空比很大。正脉冲信号的脉宽很窄。其振荡频率约330Hz

　　。功率放大器

　　

　　功率放大器由三极管VT⑸杨声器BL等组成。从多谐振荡器输出的正脉冲音频信号经限流电阻器R9输入到VT5的基极。使其导通。在BL产生瞬时较强的电流。驱动杨声器发声。由于VT5处于开关工作状态。而导通时间又非常短。因此功率放大器非常省电。可以利用9V积层电池供电。

　　调试与使作方法

　　

　　金属探测器电路除灵敏度调理电位器外。没有调剂部份。只要焊接无误。电路就可以正常工作。整机在静态。也就是杨声器不发声时。总电流约为10mA。探测到金属杨声器发出声音时。整电机流上升到20mA。一个新的积层电池可以工作20～30小时。

　　

　　新焊接的金属探测器如果不能正常工作。首先要检察电路板上各元器件、接线焊接是不是有误。再丈量电池电压及供电回路是不是正常。稳压二极管VD1稳定电压55～65V之间。VD2极性不要焊反。探测碟内振荡线圈初次级及首尾端不要焊错。

　　

　　金属探测器使用前。需要调剂探测杆的长度。只要将黑胶通旋松。推拉胶通套管至适合的长度。再旋转胶内通管。使电缆线绕紧。并使手秉尖端朝上。最后将黑胶通旋紧。锁住胶通套管。这样。手握探测器手秉时。大拇指正好紧挨灵敏度调理电位器。

　　

　　调剂金属探测器灵敏度时。探测碟（振荡线圈）要阔别金属。包括带铝箔的纸张。然后旋转灵敏度细调电位器旋纽（FINE

　　TUNING）打开电源开关。并旋转到一半的位置。再调理粗调电位器旋纽（TUNING）。使杨声器音频叫声停止。最后再微调细调电位器。使杨声器叫声恰好停止。这时候金属探测器的灵敏度最高。用金属探测器探测金属时。只要探测碟靠近任何金属。杨声器便会发出声音。阔别到一定位置叫声自动停止。

　　

　　本金属探测器有较高的灵敏度。用它探测大块金属时。探测碟距金属物体20cm杨声器就会发出声音。小到曲别针。乃至一枚大头针都能检测到。只是探测碟线圈必须紧靠细小金属物体。由于金属探测器利用振荡线圈的电磁感应来探测金属物体。可以透过非金属物体。比如纸张、木材、塑料、砖石、土壤、乃至水层。探测到被遮盖的的金属物体。因此具有实用性。比如在装修房屋时。用它探测到墙内的电线或钢筋。以避免造成施工危险和安全隐患；又如安检用的金属探测器就是根据这个原理制成的

本期人物 王惟林， 科技 重大专项课题研发负责人，高性能通用CPU技术团队负责人，上海兆芯集成电路有限公司（以下简称“兆芯”）总工程师，毕业于中国科学院微电子中心。王惟林拥有多年CPU及芯片组研发设计和管理经验，作为 科技 重大专项课题研发负责人负责组建了高性能通用CPU和芯片组设计实现团队，主持CPU和芯片组微架构的总体设计和总体实现方案，设计流程和设计规范的制定，先后负责了多颗CPU及x86-SoC芯片的设计研发及量产。

校对/范蓉

数字化时代的到来，芯片已成为极度关键的战略性产品，不仅影响国民经济发展，更与国家安全息息相关。当今，我国作为全球数一数二的网络大国，却仍然饱受“缺芯”之痛，而国内最缺的“芯”无疑是高端通用处理器、存储器、FPGA、射频芯片等“主角”。

所幸的是，国内的IC人也在奋力追赶。 前不久问世的、被业内评为“可与英特尔第7代i5比肩”的x86架构处理器KX-6000系列，其“幕后英雄”正是国内高性能通用处理器企业上海兆芯的CTO王惟林带领的500多人团队集结开发、历经无数个日夜的成果。

这一切，要从他20年前的一个决定开始。

转身

时光回溯到2000年，从中科院微电子中心毕业不久，王惟林选择进入威盛电子。

当时的威盛可谓IC业界的翘楚，1999年通过收购Cyrix成为第三大x86处理器厂商，2000年收购S3图形部门成为第三大显示芯片厂商，是第一家同时拥有CPU、GPU和芯片组的厂商，是台湾的股王，风光可谓一时无俩。

但第一次面试就给了王惟林一记“闷棍”。王惟林还记忆犹新地说，当时威盛公司研发副总面试，但很多问题涉及的设计理念和方法都没有听说过，只能勉强回答，但由于基础还算扎实，被认为面试表现不错的王惟林作为种子选手进入威盛。

同期，威盛也在着力打造研发队伍，当时安排王惟林等有潜力的新晋员工到海外学习了半年，由研发副总和工程副总亲自培训，掌握先进设计技术和设计方法流程，回来之后，王惟林 从PCIe模块设计起步，开启了芯片组等主力芯片的开发历程。

而威盛内部研发团队也在“PK”。王惟林说，当时的机制是哪个团队研发周期短、流片快，项目就由这一团队接盘。 大陆研发团队士气如虹，一般IC设计周期需10个月，大陆团队只用了6个月，成功胜出。 并且，市场也给予积极反馈，芯片月销量达200万片。

一战成名之后，王惟林也成为研发主力，而威盛的主要研发中心也由我国台湾转移到大陆。

看起来，一切都顺风顺水，但前行的道路总是崎岖不平，最大的考验已然来临。

煎熬

在一代代芯片的迭代历练中，王惟林及其团队也不断成长，而当时光转到2010年时，一个新的考验横亘在王惟林面前。

当时威盛把x86技术带到了大陆，需要王惟林领导的团队来“闯关”， 没想到这一闯就闯了两年。

王惟林至今仍历历在目：当时手上还有其他项目，但 至少一半时间在琢磨CPU设计。他自言说“成员们经常关在小黑屋里”看源代码到深夜， 还要经常组织讨论答疑解惑。 因为一个CPU内核就有220个模块，而有180个模块拿手工画的，是定制化设计，他形容说 真的让人十分“抓狂”。当时团队的许多工程师因为周期长、设计复杂，同时觉得看着高大上但不能做产品，缺乏实际意义，陆陆续续地离开了不少。

但王惟林仍在矢志不渝地坚守，也实打实地淬炼了2年才“通关”。“ 从原理、架构、代码、设计方法和流程，一整套体系全吃透才行。 我们边看边改进，不停试错，2年多来终于摸清楚了来龙去脉。认识到如何对微架构改进，提高IPC和频率等，同时也看到采用全定制化时间太长，而采用工具进行半定制化能将时间缩短一半，面积和功耗缩小一半。”王惟林表示。

而此时新的变局来临。由于时代及产业发展的需求，威盛最终于2013年与上海市国资委旗下联和投资合资成立了上海兆芯集成电路有限公司，其中上海联和投资出资2亿美元占股80%，威盛电子占股20%，王惟林团队的人马被全部转入了兆芯。

命运的车轮带着王惟林驶入了兆芯的轨道，而首要的是需要攻下x86 CPU内核这一“堡垒”。

跨越

这是必须要攻克的“山头”，因为现实十分“紧迫”。

经过数十年之功，英特尔借助Wintel联盟已在桌面处理器领域占据了绝对霸主地位，虽然AMD、英伟达甚至ARM阵营想发起冲锋，但撼山易撼英特尔实难。而且，英特尔虽在移动芯片领域屡次败下阵来，但 其x86架构已延伸至通信和服务器领域并横扫天下。而在国内向高端通用处理器进军的兆芯、龙芯、飞腾等舰队中，由于架构不同，生态各异，表现出众的兆芯亦承担破局的重任。

毕竟，王惟林对兆芯有更高的期许： 在满足高端通用桌面处理器的需求后，将向笔记本、服务器、嵌入式计算平台等市场多元化扩展。

而 如果不在桌面处理器技术实现突破和作为，从而以点带面向服务器等高阶领域进军，那所谓的信息安全只能是“空中楼阁”。 作为追赶者，没有捷径，唯有咬紧牙关打攻坚战。

“虽然兆芯从威盛团队承接了大量x86技术资源和x86专利交叉授权，但是我们 拿到的原始代码与主流水平差距太大，每一代优化改进难度相关于重新设计一个新芯片，只能是小步快跑，积硅步以至千里。 ”王惟林感慨地说。

而之前CPU内核“攻关”的积累，只是一个开始，只表示有“纸上谈兵”的能力。王惟林坦言， 在看懂之后进行可行化改进还面临重重关卡，一方面做原有架构如多核流水线、内存读取、多核互连方面等改进，另一方面要改进流程设计方法，评估性能功耗，包括SoC验证环境等均需重新搭建。

小步快跑的背后亦掩藏着无数的艰辛：“通用处理器这一规模的芯片开发需要大集团作战，我们团队四五百人左右，倾力研发了三四年时间，也只能维持CPU这样规模一个半项目的开发。”王惟林提到，“ 上一代CPU将近20亿晶体管，从微架构定义到流片，从数字、模拟IP设计集成到测试，从性能、功耗到兼容性、稳定性，可谓亦步亦趋、诚惶诚恐，每一节点都不能出差错，投入的人力、时间、资金难以想象，经过无数次反复审验，才敢最终量产。 ”

虽然难上加难，但快跑的结果也很显著：2012年国内CPU水平只是当时英特尔产品的7%，而兆芯推出C系列芯片之后则提升至50%（数据源自《 科技 日报》），最新推出的KX-6000处理器完整集成CPU、GPU、芯片组，具有八个CPU核心、主频最高30GHz、支持双通道DDR4-3200、最大容量可达64GB， 不仅刷新了国产高性能通用处理器的里程碑，性能上更是可与英特尔主流产品媲美。

而这一小步，却实现了国产高性能通用桌面处理器从能用、可用到好用的一大步。

突围

虽然CPU的研发迭代一直在稳步推进，王惟林头上的“紧箍咒”却一直悬着。

因为设计一个CPU实打实地作战还可以完胜，但技术上的突破只是第一步，构筑商业或生态系统才是终极挑战。

幸而x86架构相对有一定的生态基础，可以不必从零开始搭建自己的生态，有利于兆芯CPU的推广，王惟林也认为兆芯是站在了巨人的肩膀上。

但他也直言，x86生态虽相对完善，但仍会遇到诸多问题，要与生态伙伴一起解决。比如x86在操作系统如Windows上适配较好，但国内OS大都基于Linux，对x86 CPU虽然比其它的指令友好多了，但仍有很多适配的工作要花功夫、要做实， 包括固件、软件、应用、系统集成等环节，需要与合作伙伴一起扩大和完善产业生态。

可喜的是，兆芯经过几年的“征战”，目前已与多家知名整机厂商合作，包括联想、清华同方等系列台式机厂商；昂达、技讯、联想开天、上海仪电智通秉时等一体电脑厂商，以及中科曙光、火星高科、众新等服务器公司。采用兆芯通用CPU的多品牌台式电脑、笔记本均已量产并完全达到成熟产品标准，且兼容性出色。

一组对比数字成为兆芯CPU表现的最佳注解：2018年营收比2017年涨了3倍，预计2019年与去年相比营收将增长4倍。

但反观现实，仍让王惟林唏嘘。他提到， 在高端通用处理器领域，国外厂商拥有多年积累的技术、资本、生态等方面优势，国内起步晚，技术积累有限，困难和挑战依然重重，但国内一定要倾力发展自己的高性能通用处理器，因为这才是真正保证信息安全和产业链安全的基石。

而在信息安全已上升到产业安全、供应链安全的时刻，留给国内高端处理器企业的考验仍将持续。而正如古语所言： 天下有大勇者，卒然临之而不惊，无故加之而不怒。此其所挟持者甚大，而其志甚远也。 在王惟林引领下的兆芯，又会带给我们哪些新的“吉兆”呢？