許多人認為試驗電路板（俗稱麵包板）不適合高頻電路。這種說法雖有一定道理，但仍有一些技巧可以幫助您提升原型電路的效能。這些技巧大多與基本的電路維護措施有關，適用於從原型試驗電路板到量產印刷電路板 (PCB) 的所有電路。接地和使用旁路電容是確保電路穩定性的最重要因素。
在試驗電路板上，「地」指的是眾多電路元件共用的公共連接。理想情況下，它提供一個零電阻節點。在量產印刷電路板 (PCB) 中，設計人員可以使用連續的銅箔作為地。例如，在雙面 PCB 中，設計人員可以使用 PCB 的整個底面。對於更複雜的電路板，可以使用其中一層作為地平面。遺憾的是，麵包板無法實現這一點。
更糟的是，我們知道試驗電路板的連接並不理想。實驗表明，每個觸點的電阻約為 50 mohm，每英吋長度的電阻約為 11 mohm。為了便於理解，使用 30 AWG 細導線搭建的電路的電阻可能比試驗電路板還要低。
電阻值並非試驗電路板電路的唯一難題。元件之間還存在電容。長導線也會產生電感。綜合考慮這些因素，我們就能理解試驗電路板為何名聲不佳了。我們很容易搭建出容易出現高頻振盪、雜訊、長導線如同天線般接收和發射能量以及邏輯轉換不穩定等問題的電路。
那麼，我們該如何改進呢？
邏輯電路的緩解措施
邏輯電路最好被歸類為高頻電路。這種說法可能看起來有悖常理，尤其是當我們考慮時脈頻率低於 1MHz 的電路時。要理解這一點，我們需要回顧傅立葉變換的原理，特別是方波的特性。回想一下，方波可以描述為奇次諧波的疊加。這意味著相對低頻的方波會包含高頻諧波。例如，1MHz 的方波在 3MHz、5MHz 和 7MHz 處會有很強的頻譜成分。
這個問題可以從幾個角度來看。一種視角是關注試驗電路板上的電阻和分佈電容。這會衰減高頻訊號分量。可以把它想像成一個對所有訊號都適用的低通濾波器。這會導致訊號變成邊緣圓滑的方波，從而消除高頻成分。
另一種視角是關注長導線帶來的電感。這與電容的問題正好相反。電感不會像電容那樣降低訊號頻率（圓滑或低通濾波），而是會導致電壓尖峰。在極端情況下，這會導致所謂的地跳動現象（ ground bounce）。這是一種與電感相關的現象，即積體電路 (IC) 的接地相對於真正的地發生跳變。跳變幅度可能非常大，以至於觸發 IC。其結果是數位系統不穩定，而且很難進行故障排除。
正確的接地和旁路技術可以緩解這兩個問題。讓我們用下圖所示的試驗電路板來說明。假設兩組導軌都用於 CVC 和接地。那我們可以如圖所示安裝跳線。雖然這並非理想方案，但可以看到 CVC 和接地都形成了一個「8」字形連接。這種並聯結構降低了導軌之間的電阻，並且由於每個連接的引線長度更短，因此也降低了電感。
接下來，我們為電源軌添加低頻旁路電容器。10 至 100uF 範圍內的電解電容器適用於大多數電路。然後我們添加高頻旁路電容器。這些電容器安裝得盡可能靠近每個 IC 的電源引腳。在我看來，這些是少數可以直接飛越 IC 頂部的組件之一。實際值並不重要，傳統上使用 0.1uF 值。
完成這些初步步驟後，您現在可以建立邏輯電路。盡量縮短所有電線。不幸的是，由於短電線不一定是整齊的電線，因此會有所妥協。為了獲得靈感，我鼓勵您觀看 Ben Eater 表演的試驗電路板藝術。這種試驗電路板風格確實令人驚嘆；請務必探索功能齊全的電腦和視訊卡，所有這些都構建在試驗電路板上。
類比和混合訊號電路的最佳化
所有適用於數位邏輯電路的規則同樣適用於類比電路以及包含數位和類比元件的混合電路。為了方便討論，我們進一步定義「混合」電路，即包含數位裝置（例如微控制器）和多個類比裝置（例如運算放大器）的電路。此類電路通常包含多個電源，例如 3.3V、-12V 和 12V 直流電源。這會立即帶來一個問題：邏輯電路方案中設計的 8 字形環形結構消失了。每個電源供應器只能使用一條 5.75 英吋的電源軌。
首先，我們將再次加入低頻旁路電容。10 至 100uF 範圍內的電容通常都適用。務必選擇額定電壓合適的電容，並注意極性。與之前一樣，在每個積體電路的電源入口附近盡可能靠近電源的位置安裝 0.1uF 的高頻旁路電容。
技術提示：旁路（bypass）一詞在我們的日常用語中很常見。例如，繞城高速公路可以讓你繞過大城市。這個比喻同樣適用於旁路電容。在這種情況下，電容會旁路所有交流訊號，包括來自積體電路內部或外部的交流雜訊。理想情況下，所有電路的電源軌上都會有純直流訊號。
高頻雜訊通常需要一個靠近積體電路的小電容。而低頻雜訊則需要使用較大的電容。低頻雜訊不受導線電感的影響。
類比電路在處理微弱訊號時，還有另一層複雜性。電噪聲會進入電路，並與微弱的類比訊號一起放大。這種額外的雜訊會影響類比數位轉換器 (ADC) 的測量結果，也可能表現為音訊系統中的惱人嘶嘶聲或咔嗒聲。
如前所述，旁路操作可以有效緩解這個問題。然而，這可能還不夠。尤其是在使用多個試驗電路板時，接地環路可能會帶來棘手的問題。電源注入也可能造成問題。請記住，試驗電路板的電阻相對較高。在試驗電路板的整個導軌上產生微弱的交流訊號並不罕見。雖然這個類比訊號可能只有幾毫伏，但它可能會與 ADC 輸入端或 DAC 輸出端的毫伏級訊號相互作用。在放大器電路中，這種相互作用可能足以導致電路不穩定甚至完全振盪。
此時，旁路電容的位置就顯得格外重要。通常情況下，它們應該盡可能靠近低電平類比訊號。同樣，試驗電路板上的所有連接也應該盡可能靠近低電平訊號。請務必查閱「星形接地」和「接地環路」的相關概念以獲取更多資訊。
如果以上方法仍然不夠，則可能需要尋找試驗電路板以外的解決方案。對於電路的高級原型設計，可以使用焊接好的萬用板（曼哈頓板）或長條板。市面上可能也有預製的評估板。最後，或許是時候為您的電路製作一塊完整的 PCB 了。
附：歡迎分享您在試驗電路板搭建電路方面的技巧。