一、谜题

男方：我很喜欢你。

女方：你是一个好人。

问：女方是否喜欢男方？

男方：晚上吃火锅吧？

女方：都行。

问：女方是否同意吃火锅？

女方：一个人在家好无聊…

男方：我马上到！

问：女方是否向男方发出了邀请？

为了攻克上面这些谜题，我们可以尝试从多个角度吹响冲锋号：语义学的角度、心理学的角度、两性关系的角度…或者电子工程学的角度。

二、从模拟到数字

众所周知，计算机的运行建立在二进制的基础上。这里的“计算机”是个很笼统的概念，它可以指CPU、处理器、芯片、单片机、FPGA、集成电路、片上系统…这些东西有一个更学术的统称：数字电路。

顾名思义，处理数字信号的电路就叫数字电路。顾名再思义，把信号用数字的形式来表示就得到了数字信号。更准确地说，在数字电路的世界里，任何一个信号都要先被量化为一个用二进制表示的整数（小数可以用浮点数的形式来表示，这个机制的底层也是二进制整数）。我们知道，二进制就是0和1的组合，所以在计算机系统的内部，无穷无尽的0和1们在奔腾、翻滚、碰撞着…那么，一个最基本的问题就是：在这一切喧嚣的初始，在数字世界的入口，什么样的信号是0，什么样的信号算1？

我们把这个问题暂时放一放，先来回忆一下在数字电路诞生之前的电子工程世界——那是个模拟电路的时代。

我上中学那会儿，MP3和ipod都还没有发明，更没有itunes或者网易云音乐。那时候音乐的载体叫卡带，为了播放卡带你需要买一台收音机，收音机上有一个用来调节音量旋钮。顺时针转动旋钮，音量就会逐渐变大，逆时针转就变小声。旋钮背后的奥秘在于它连着一个“滑动变阻器”，顺时针转动音量旋钮，会使得滑动变阻器的电阻变小，根据欧姆定律，电路中的电阻越小流过喇叭的电流就越大，喇叭震动得就越猛，于是音量也就越大。

今天的音乐播放器（比如智能手机）上一般都有两个按键，一个画着+号，一个画着-号。按一下+号键，声音就会变大一“格”，通常还会伴随着提示画面。比如按两下+，音量显示从4增大到了6。

忽略掉上面提到的电工知识和人机交互等细节，在收音机和智能手机上设置音量的本质区别在于：前者是连续量，后者是离散量。

收音机里面装着模拟电路板，模拟电路用来处理电信号，电信号是模拟信号，模拟信号是连续信号，这几个名词是一回事儿。可以把滑动变阻器看成一条由电阻铺成的路，只要你手法够细腻，理论上你可以通过转动旋钮停在这条路上的任何一个位置。

而iphone是个数字系统，只能处理数字信号，数字信号是离散信号，这几个名词也是一回事儿。数字化的音量就像楼梯，你要么上一级台阶，要么退下来，不可能停在半中间，你没法把iphone的音量调到5.5。

这样看起来，模拟电路似乎比数字电路更精密，但模拟电路的瓶颈在于——它做不大。另一方面，和数字电路带来的巨大优势相比，模拟信号离散化后损失的那点精度微不足道。打一个不太恰当的比方：模拟电路就像是奶奶家的私房菜，数字电路就像是西式快餐。前者确实保留了个性化的细腻风味，但只有后者才能发展成一门巨大的产业。

三、接口电路和ADC

现在我们已经知道，从模拟电路到数字电路是电子工程史上的一次巨大飞跃。那下一个问题就是：连续的模拟信号是怎么转换成数字电路中的离散信号的？

我们再对比一下电吹风和空调。电吹风用的是模拟电路，你按一下开关，会“接通”整个电路，于是电机启动吹出热风。这里的“接通”就是物理意义上的接通，按下开关会让开关的两个“触点”相互接触，就像你用一段水管连接了蓄水池和水龙头。

而当你按下空调的开关时，其实并没有改变空调的任何物理结构。你的这个动作通过“接口电路”产生了一个电信号，接着这个电信号被一种叫“ADC”（analog to digital converter）的器件数字化为“1”，空调的芯片识别到这个“1”之后，执行事先编排好的启动程序，于是压缩机开始工作、导风板偏转、显示屏点亮…

上述流程可以抽象为：

这里面涉及到两个电子器件：接口电路和ADC。

简化来说，一种常用的采集开关指令的接口电路是这样工作的：当开关没被按下时，接口电路的输入端悬空，接口电路内部的“上拉电源”使得输出电压保持在一个较高值（比如10V）。当开关按下后，输入端接地，于是接口电路采集到一个低电压（比如0V）。

而ADC的工作原理是：如果接收到高电压就输出“1”，如果接收到低电压就输出“0”。这样就完成了信号的数字化。

可以看到，接口电路是信息发送方（发送的信息是电压），就像女方发送“你是个好人”这条信息。而ADC是信息接收方，它负责把接收到的电压信号翻译成0或1，就像男方需要把收到的“好人卡”理解为“没门”或者“有戏”。

这样我们就回到了开篇的那个问题：什么样的信号算0，什么样的信号算1？什么样的反应代表“没门”，什么样的反应代表“有戏”？这背后蕴藏着一套信息的收发机制。

四、静态法则

前面已经对这个问题有一个概略的回答:高电压为1,低电压为0。那何为高何为低呢？

如果我们规定大于5V为高，小于5V为低，行不行？答案是否定的，因为没有考虑到信号传输过程中的噪音干扰。比如一个5.1V的信号叠加上噪音，到达接收端时可能就变成4.9V了，也就是把1误传成了0。

为了避免5V附近的信号受到风吹草动容易01颠倒，我们必须设立一个“无效地带”:比如7V以上为1，3V以下为0，3到7V为无效。根据应用场景，接收方收到无效信号后可以要求重传，比如讲电话时“没听清，麻烦您再说一遍”;可以选择忽略，比如看电影时一句台词没跟上并不要紧;可以保持上拍值，比如遭遇通讯干扰后按原计划继续执行任务;也可以输出预先定义的安全值，比如你问女朋友“想吃什么？”她回答“随便”，无效信号，那输出安全值——吃火锅。总之，通过定义无效地带，可以避免接收方对信号产生误解。

这样就行了吗？还不行。因为假如发送方发送一个2.9V的信号，叠加上噪音干扰，到达接收方时可能就变成了3.1V的无效信号。这样会大大降低信号传输的可靠性。所以需要对信号的发送方做出更严格的限制，比如如果想发送0，必须保证输出电压小于1V，想发送1，必须保证输出电压大于9V。

对于同样的0，发送方的门槛是1v，而接收方的门槛是3V，两者之间相差的2V电压就构成了信号传输的噪音容限。噪音容限的设置能够增加信号传输的抗干扰能力。这就是数字电路设计中最基本的“静态法则”(static discipline)。

静态法则的核心思想在于相较于信息的接收方，对信息的发送方要施加更严格的约束，确保发送方想表达的意思叠加上接收方的理解误差后，仍然不会进入“无效地带”甚至被理解成相反的意思。

根据这个思想，当你想表达一个明确的意思时，表达方式应该偏向“极端”而非“中庸”。面面俱到、四平八稳那是领导的讲话风格。和理工宅说话还是直接点好，行就是行，不行就不行，不要搞“婉拒”。婉拒很可能传递了无效信息，甚至被误解为“欲拒还迎”。

所以我倡议，亟需为好人卡制定统一的发放标准：

不愿意：“你是一个好人，但我对你毫无兴趣。”

犹豫期：“你是一个好人。”

愿意：“你是一个好人，一个人在家好无聊…”

参考文献：

1、网易公开课 《MIT电路与电子学》

​更多内容欢迎关注微信公众号《周工讲理》：用理工思维生活育儿。