DIY高頻電路板的非常規(guī)方法

不要誤會(huì)——我非常喜歡印刷電路板（PCB）。印刷電路板對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品而言肯定是必不可少的。即便是業(yè)余愛好者，只要略經(jīng)練習(xí)，也可以制作出幾近完美的、可復(fù)驗(yàn)的電路。而且，帶有良好接地層的印刷電路板對(duì)工作頻率超過(guò)幾兆赫的高頻電路非常重要。接地層是一個(gè)大面積的敷銅層，充當(dāng)電路中各元件與電源之間的低電感回路。它可以防止寄生電容拖尾高頻信號(hào)形成噪聲。如果缺少接地層，你就別指望用面包板制作的高頻電路能運(yùn)行良好了，哪怕是正常工作都無(wú)法保障。

但與用面包板制作電路的速度和簡(jiǎn)易程度相比，使用印刷電路板快速制作電路也有劣勢(shì)。你可以迅速制作自己的印刷電路板——只要你不介意凌亂和衣服上沾染的污漬，并且愿意自己鉆孔。你也可以把自己的印刷電路板布局寄給制作商，讓他們幫你制作，但這樣至少需要幾天的時(shí)間，價(jià)格也很貴。

所以我開始思考，是否有可行的替代方案，方便制作者迅速制作易于檢測(cè)和改裝的高頻電路板。本文中，我僅展示其中的一個(gè)關(guān)鍵概念；后續(xù)的策略和方法將在接下來(lái)幾周內(nèi)在IEEE Spectrum網(wǎng)站上公布。應(yīng)當(dāng)說(shuō)這里并沒有什么原創(chuàng)性的內(nèi)容：我只是采用了一些被遺忘了幾十年之久的工藝，沒想到在工作頻率高達(dá)千兆赫、表面貼裝元件的時(shí)代，它們竟然非常有效。

大體上來(lái)說(shuō)，這種方式首先需要一個(gè)銅箔未經(jīng)處理的標(biāo)準(zhǔn)電路板，通常是FR-4樹脂電路板。不用蝕刻線圈，而是用導(dǎo)線將各元件連接起來(lái)，留出較大的接地面。我制作了一個(gè)“梳狀波發(fā)生器電路”作為演示。

梳狀波發(fā)生器電路可產(chǎn)生一組頻率范圍廣且邊界清晰的諧波，我做的這款頻率最高可達(dá)1千兆赫，是微波系統(tǒng)中十分有用的一個(gè)模塊。發(fā)生器的核心是一個(gè)74HC00集成電路，含有4個(gè)“與非”（NAND）邏輯門。25兆赫的表面貼裝發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的與非門之后，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)略有延遲的方波信號(hào)。這些信號(hào)進(jìn)入最后一個(gè)與非門，產(chǎn)生窄脈沖，形成諧波譜。

為了制作電路，我將敷銅層分成了兩塊，打算讓頂端較小的區(qū)域充當(dāng)5伏電源導(dǎo)軌，其余部分則形成接地層。

為了隔離這兩塊區(qū)域，我剝離出3條細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形銅箔，作為電源導(dǎo)軌的邊界。先用劃線器來(lái)標(biāo)記平行線；然后，將鋼尺緊貼平行線標(biāo)記，用割刀沿鋼尺將銅割透（需要相當(dāng)大的力氣，通常要好幾次才能割透）。最后用烙鐵加熱平行線之間的銅箔，用鑷子把每塊銅片剝離。

電路板通常是沒有通孔的單個(gè)接地層，那么，如何安裝集成電路呢？向后彎曲集成電路的接地腳，使之接觸表面，然后將接地腳放在恰當(dāng)?shù)奈恢?，焊在接地層上。彎曲其他引腳，使之與板平行，然后直接把引線焊接在這些引腳上。由于集成電路看起來(lái)就像是蟲子把腿伸了出來(lái)，所以這種方法有時(shí)也稱為“死蟲”法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，比使用傳統(tǒng)印刷電路板更容易接近連接點(diǎn)，更易焊接表面貼裝元件。另外，接地層上有一片區(qū)域，方便連接梳狀波發(fā)生器的功率調(diào)節(jié)器散熱塊。

不斷從敷銅層上割下、剝離條塊，可在板的中部形成一片隔離區(qū)域，作為表面貼裝或通孔插裝元件間的連接點(diǎn)。這片隔離區(qū)域與地面之間的電容非常小。

這種安裝方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以很方便地檢查高頻電路是否確實(shí)在按照設(shè)計(jì)的方式運(yùn)行。帶有500歐姆電阻探針的頻譜分析儀（如Tektronix P6056）非常適合這類電路，只需將探針的屏蔽層在測(cè)試電路節(jié)點(diǎn)附近接地即可。將探針的接地屏蔽層與板面接地屏蔽層的上彈簧針連接后，無(wú)論探針在旁邊探測(cè)哪個(gè)腳，我都能接地。（如果找不到P6056或類似的探針，你可以自己做一個(gè)：將450歐的電阻與50歐的同軸電纜串聯(lián)，但一定記得在分析儀端使用50歐姆的端子）。

這些方法產(chǎn)生的電路板并不總是非常美觀，但我在使用這些技術(shù)制作微波電路時(shí)，取得了很好的效果。你可以在網(wǎng)上關(guān)注我，了解上述接地層方法的更多相關(guān)信息，以及我和伙伴們?cè)谥谱鞲哳l電路過(guò)程中用到的技巧。