DIY高頻電路板的非常規(guī)方法

不要誤會——我非常喜歡印刷電路板（PCB）。印刷電路板對于批量生產(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工作頻率超過幾兆赫的高頻電路非常重要。接地層是一個大面積的敷銅層，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法保障。

但與用面包板制作電路的速度和簡易程度相比，使用印刷電路板快速制作電路也有劣勢。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間，價格也很貴。

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和改裝的高頻電路板。本文中，我僅展示其中的一個關(guān)鍵概念；后續(xù)的策略和方法將在接下來幾周內(nèi)在IEEE Spectrum網(wǎng)站上公布。應(yīng)當(dāng)說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、表面貼裝元件的時代，它們竟然非常有效。

大體上來說，這種方式首先需要一個銅箔未經(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，留出較大的接地面。我制作了一個“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)中十分有用的一個模塊。發(fā)生器的核心是一個74HC00集成電路，含有4個“與非”（NAND）邏輯門。25兆赫的表面貼裝發(fā)生器產(chǎn)生的信號，經(jīng)過兩個串聯(lián)的與非門之后，會產(chǎn)生兩個略有延遲的方波信號。這些信號進(jìn)入最后一個與非門，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)長的長方形銅箔，作為電源導(dǎo)軌的邊界。先用劃線器來標(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就像是蟲子把腿伸了出來，所以這種方法有時也稱為“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，無論探針在旁邊探測哪個腳，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：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，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，以及我和伙伴們在制作高頻電路過程中用到的技巧。