使用無焊試驗(yàn)板進(jìn)行的集成電路試驗(yàn)方案

在某些時(shí)候，作為學(xué)生或工程師，您可能需要在試驗(yàn)板上對(duì)電路進(jìn)行試驗(yàn)來驗(yàn)證其性能或是否適用于項(xiàng)目。如果是學(xué)生項(xiàng)目，您的試驗(yàn)板實(shí)際上可能是最終系統(tǒng)。幸運(yùn)的是，您可以使用現(xiàn)代無焊技術(shù)構(gòu)建試驗(yàn)板，這些試驗(yàn)板通常足夠堅(jiān)固，能夠用于大多數(shù)學(xué)生項(xiàng)目。

除構(gòu)建項(xiàng)目電路之外，試驗(yàn)板還經(jīng)常用于驗(yàn)證電路性能。雖然SPICE仿真是出色的工具，但它們有其自身的局限性，通常至少有一部分關(guān)鍵電路（通常是模擬部分）需要用試驗(yàn)板來驗(yàn)證。另一方面，試驗(yàn)板也有其自身限制，因此您需要閱讀下面的試驗(yàn)板試驗(yàn)注意事項(xiàng)部分。

試驗(yàn)板與原型

盡管試驗(yàn)板和原型這兩個(gè)術(shù)語經(jīng)?？梢曰Q，但是原型通常還表示在某類印刷電路板上使用銅走線進(jìn)行互連的焊接連接。另一方面，無焊試驗(yàn)板（后文將更詳細(xì)介紹）的連接并不是固定的，而且試驗(yàn)板可以重復(fù)使用來構(gòu)建不同的電路。

我們開發(fā)出了多種技術(shù)用于在印刷電路板上構(gòu)建硬連線原型電路；教程MT-1001以及Jim Williams應(yīng)用筆記AN472 對(duì)其中的一部分技術(shù)進(jìn)行了描述。但作為學(xué)生，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這種方法太耗時(shí)而且費(fèi)力，無焊試驗(yàn)板是更為實(shí)用的解決方案。

使用無焊試驗(yàn)板進(jìn)行的集成電路試驗(yàn)

現(xiàn)代電子電路的制造方式是自動(dòng)放置表面貼裝元件以及將焊料回流到密集的多層印刷電路板上，這就增加了試驗(yàn)板試驗(yàn)或原型制作的難度。因此，許多工程師發(fā)現(xiàn)實(shí)際上在CAD系統(tǒng)上進(jìn)行電路板布局并為第一批原型裝配少量的電路板更高效。

但作為學(xué)生，您可能無法接觸或使用CAD系統(tǒng)和印刷電路板裝配工廠，也不具備相應(yīng)的財(cái)力。您甚至可能無法接觸焊鐵站以及小型電子元件需要使用的其他工具和機(jī)械，因此您需要另一種可靠方法來構(gòu)建原型。

無焊試驗(yàn)板能為實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目的電路原型制作提供寶貴幫助。這類試驗(yàn)板可隨時(shí)從Digi-Key Electronics以及亞馬遜等分銷商處獲得。我們首先在互聯(lián)網(wǎng)上搜索無焊試驗(yàn)板?；ヂ?lián)網(wǎng)上提供了大量無焊試驗(yàn)板，而且許多的價(jià)格都很公道。

圖1是典型無焊試驗(yàn)板的俯視圖。這些孔的設(shè)計(jì)是為了在0.1英寸的中心上容納標(biāo)準(zhǔn)IC引腳。圖2為試驗(yàn)板的內(nèi)部視圖，顯示了引腳之間連接的細(xì)節(jié)。試驗(yàn)板的中心部分分為兩排，由多個(gè)垂直列組成，每一列有五個(gè)引腳連接在一起。試驗(yàn)板頂部和底部水平連接的兩排形成了便捷的總線，可用于供電電壓和接地連接。

圖1. 無焊試驗(yàn)板俯視圖。

圖2. 無焊試驗(yàn)板內(nèi)部連接的排列情況。

采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式封裝(DIP)的集成電路水平放置在試驗(yàn)板的 中心區(qū)域，如圖3所示。

圖3. 采用帶引線元件和雙列直插式封裝的有線無焊試驗(yàn)板。

電阻器和電容器等元件的引線插入孔中。每組五個(gè)孔通過下面的金屬條連接形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)是電路中兩個(gè)或多個(gè)元件連接的點(diǎn)?？赏ㄟ^將元件引線插入共同節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)元件之間的連接。試驗(yàn)板頂部和底部用紅色和藍(lán)色條紋表示的一長(zhǎng)排孔用于電源連接。插入元件并用跳線連接在一起便可構(gòu)建電路的其余部分。此類試驗(yàn)板最好搭配使用實(shí)芯線而不是多股絞合線。為方便起見，還提供配有插入式引腳的跳線。

您還應(yīng)該配備以下幾種簡(jiǎn)單的手動(dòng)工具：

● 一把小鋼絲鉗，通常也稱為對(duì)角切割器，可根據(jù)長(zhǎng)度要求切 割電線和元件

● 一把小尖嘴鉗，用于彎曲電線和引線并形成所需形狀

● 一把剝線器，用于去除跳線末端的絕緣部分

● 一把小螺絲刀，用于調(diào)節(jié)電位器等

使用IC

無焊試驗(yàn)板專為采用DIP封裝的IC而設(shè)計(jì)。雖然一些IC采用DIP和表貼兩種封裝，但許多僅提供表貼封裝版本。因此幾乎不可能對(duì)這些IC進(jìn)行試驗(yàn)板試驗(yàn)。作為一種解決方案的表貼部件可以安裝在適配器或分線板上，如圖4所示，它們具有DIP兼容引腳。

圖4. 用于表貼器件的DIP兼容分線板。

ADI公司的ADALP2000部件套件提供了許多常用的DIP分線板表貼IC。 如果預(yù)裝的分線板不可用，您將不得不使用空白的分線板并自行將表貼元件焊接到該分線板上。Aries Electronics, Inc.等電子元件制造商還提供表貼轉(zhuǎn)DIP分線板（搜索DIP分線板）。

試驗(yàn)板試驗(yàn)注意事項(xiàng)：小心使用寄生元件（電阻、電感和電容）

與試驗(yàn)板相關(guān)的引腳、插槽和跳線增加了可能導(dǎo)致精密直流應(yīng)用以及高速電路性能下降的寄生電阻、電感和電容。由于試驗(yàn)板沒有接地或電源層，您必須依靠難以去耦且具有寄生阻抗的接地和電源總線。因此，必須在試驗(yàn)板中實(shí)現(xiàn)每個(gè)IC的電源和接地引腳之間的正確去耦。3沒有接地層，不可能保持RF電路中所需的受控阻抗。

如果您堅(jiān)持使用ADALP2000部件套件中的器件，則可能不會(huì)遇到帶寬小于1 MHz的模擬電路問題。不過，還是建議對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行完整性檢查，即用示波器探測(cè)電路中的幾個(gè)點(diǎn)，確保沒有振蕩現(xiàn)象（構(gòu)建振蕩器時(shí)才會(huì)發(fā)生此情況）。

數(shù)字電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)

到目前為止，我們一直在討論模擬電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)。但由于邊沿速度極快，數(shù)字電路面臨著巨大挑戰(zhàn)。即使您能夠以小于1 MHz的時(shí)鐘速率運(yùn)行數(shù)字電路，邏輯轉(zhuǎn)換邊沿的上升和下降時(shí)間也可能少于1 ns。沒有受控的連接阻抗，這些快速邊沿可以產(chǎn)生單位為GHz的頻率。寄生效應(yīng)造成的響鈴振蕩可能會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)和其他影響，使數(shù)字電路變得不可靠或無用。

如何入門

與其他技能一樣，在您實(shí)際需要使用之前，最好實(shí)踐一下（假設(shè)您的項(xiàng)目一周后開始）。您可以構(gòu)建簡(jiǎn)單的電路來獲得無焊試驗(yàn)板的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。首先訪問以下網(wǎng)址，在ADI公司電子I期和II期課程提供的實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)中構(gòu)建一些模擬電路：

大部分簡(jiǎn)單電路可以采用ADALP2000部件套件中的器件構(gòu)成。該套件包括各種晶體管、LED、電阻器、電位器、電容器、二極管、電感器和傳感器。它還包括各種有用的IC以及運(yùn)算放大器、比較器和調(diào)節(jié)器。此外，還有一個(gè)無焊試驗(yàn)板，并且該套件隨附各種帶引腳端的跳線。如需獲取ADALP2000套件的完整器件列表，請(qǐng)?jiān)L問：httpwww.analog.comcneducation.html.

關(guān)于試驗(yàn)板試驗(yàn)還有很多知識(shí)，我們剛才只是介紹了基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)習(xí)這項(xiàng)技能的最好辦法就是親身實(shí)踐并從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)。祝您好運(yùn)并樂在其中。

提醒和測(cè)驗(yàn)問題

如果您錯(cuò)過了上一期《模擬對(duì)話》中學(xué)子專區(qū)的第一篇文章，建議您點(diǎn)擊此鏈接查看。

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下方是本次的測(cè)驗(yàn)問題。完成后，您可以在EngineerZone 上的學(xué)子專區(qū)社區(qū)查看答案：

圖5. 測(cè)驗(yàn)問題：計(jì)算以下兩種條件下的二極管電流ID：S1打開和S1閉合。您可以訪問httpswww.fairchildsemi.comdatasheets1N1N914.pdf在1N914數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到二極管V-I曲線。

試驗(yàn)板的起源

試驗(yàn)板這個(gè)術(shù)語起源于20世紀(jì)20年代初的真空管時(shí)代。那時(shí)候人們將真空管插入插槽。插槽和其他大型元件隨后被擰入用來搟面的木板或釘在該木板上。這些試驗(yàn)板在當(dāng)時(shí)是元件的理想安裝平臺(tái)，最終也成了該技術(shù)的名稱。通過在真空管插槽上相應(yīng)引腳之間焊線來實(shí)現(xiàn)互連。由重銅線制成的電源和接地總線被釘?shù)交驍Q到木板上。早期的試驗(yàn)板經(jīng)常將額外的釘子用作可包覆和焊接電線的連接點(diǎn)。端子板也用于互連點(diǎn)。

圖A顯示了1923年使用原始試驗(yàn)板構(gòu)造技術(shù)的無線電，它的制造商是位于密歇根州梅諾米尼市的Signal ElectricManufacturing公司。

圖A. 早期使用木制試驗(yàn)板技術(shù)構(gòu)建的無線電接收器。需要注意的是，真空管板電壓可以高達(dá)300 V dc，因此在施加電源后必須小心謹(jǐn)慎。

隨著真空管變小和頻率增加，鋁制底盤盒經(jīng)常用于電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)。在底盤中穿孔用于安裝真空管插槽，端子板允許電路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線，如圖B所示。這種技術(shù)減小了電路尺寸，而鋁制底盤提供了高頻電路經(jīng)常需要的低阻抗接地層。

圖B. 采用鋁制底盤構(gòu)造的三管無線電試驗(yàn)板的俯視圖和底視圖，顯示用于互連點(diǎn)的真空管插槽和端子板。4

由于20世紀(jì)50年代引入了晶體管，20世紀(jì)60年代引入了集成電路，元件尺寸得以大幅降低，從而使本專欄中描述的更適合電路原型制作的其他構(gòu)造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生（另請(qǐng)參見MT-100和Jim Williams的應(yīng)用筆記 AN47），但試驗(yàn)板這一術(shù)語仍然是常用的描述。

參考電路

1 教程MT-100，試驗(yàn)板試驗(yàn)和原型制作技術(shù). 。ADI公司.

2 Jim Williams. 應(yīng)用筆記AN47，高速放大器技術(shù)。Linear Technology Corporation，1991年8月Jim于2011年離世，他是一位傳奇的電路設(shè)計(jì)師、應(yīng)用工程師以及高性能模擬電路原型構(gòu)建專家。本應(yīng)用筆記列出了Jim的許多高速原型構(gòu)建技術(shù)示例。

3 教程MT-101，去耦技術(shù)。ADI公司

4Max Robinson。真空管研究之樂趣。
編輯：hfy