靜電放電(ESD)抗擾度測(cè)試

在設(shè)計(jì)滿足全球電磁兼容能力(EMC)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品時(shí)，靜電放電(ESD)抗擾度測(cè)試至關(guān)重要。大多數(shù)產(chǎn)品都會(huì)遵循主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，比如IEC 61000-4-2和美國(guó)ANSI C63.16，都規(guī)定了怎樣設(shè)置和執(zhí)行這些ESD測(cè)試。這些測(cè)試要求ESD仿真器，來(lái)生成準(zhǔn)確的可重復(fù)的測(cè)試脈沖。

這些標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了必須注入被測(cè)設(shè)備(EUT)中的電流脈沖的形狀和定時(shí)。在運(yùn)行抗擾度測(cè)試前，必須檢驗(yàn)ESD仿真器生成的電流脈沖擁有正確的形狀和上升時(shí)間?？梢允褂眯?zhǔn)后的ESD靶和高帶寬示波器，檢驗(yàn)仿真器的性能。泰克4/5/6系MSOs為這種檢驗(yàn)測(cè)量提供了理想的選擇。

圖1. ESD事件產(chǎn)生的電流上升時(shí)間不到1 ns

人體接觸配電箱或電纜時(shí)產(chǎn)生的ESD，可能會(huì)損壞電子系統(tǒng)中的電路。在人的手指靠近金屬物體時(shí)，普通的人體ESD事件會(huì)在物體中產(chǎn)生高電流放電。得到的電流脈沖可能會(huì)達(dá)到幾安，有非常高的前沿，上升時(shí)間不到1 ns (圖1)。圖1顯示了理想化的ESD波形。

本應(yīng)用指南

﹒闡述怎樣在觸點(diǎn)放電測(cè)試和大氣放電測(cè)試中檢驗(yàn)脈沖

﹒旨在幫助設(shè)計(jì)人員在一致性測(cè)試或預(yù)一致性測(cè)試前檢驗(yàn)ESD仿真器發(fā)出的電流脈沖的形狀

﹒涵蓋部分ESD基本原理

﹒描述采用示波器的ESD仿真器基本測(cè)試系統(tǒng)

本應(yīng)用指南使用6系MSO示波器，演示ESD調(diào)試技術(shù)。同等配備的4系和5系MSO的設(shè)置和測(cè)量實(shí)際上一模一樣，因?yàn)樗鼈兊目刂乒δ芘c6系MSO相同。本文描述的許多技術(shù)也可以用于擁有相應(yīng)性能（特別是上升時(shí)間）的任何專業(yè)級(jí)示波器。

人體可以建模成一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)(圖2)。在電荷形成時(shí)，電容器會(huì)充電到選定數(shù)字的kV。在按下開關(guān)(仿真器觸發(fā)器)時(shí)，這個(gè)電荷會(huì)迅速放電到EUT中。多家制造商提供的仿真器都能復(fù)現(xiàn)非常接近這個(gè)人體模型的電流波形。IEC 61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了這些仿真器必須生成的波形。

圖2. RC網(wǎng)絡(luò)仿真來(lái)自人手指的ESD事件

IEC 61000-4-2要求在測(cè)試EUT前檢驗(yàn)ESD仿真器的尖端電壓，另外要求檢驗(yàn)得到的電流波形的多個(gè)特點(diǎn)，比如電流峰值、30 ns時(shí)的電流讀數(shù)和60 ns時(shí)的電流讀數(shù)。

可以使用電表或吉?dú)W表測(cè)量仿真器的尖端電壓。但是，大多數(shù)人發(fā)現(xiàn)，對(duì)簡(jiǎn)單的預(yù)一致性檢驗(yàn)測(cè)試，可以使用高阻抗高壓電阻電壓分路器(100 MΩ串聯(lián)1 MΩ)和數(shù)字電壓表。電阻器一定要能夠耐受最高25 kV電壓。

IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量可重復(fù)性的要求要比對(duì)上升時(shí)間的要求更嚴(yán)格。為捕獲ESD，必須把示波器設(shè)置成單次(“single-shot”)模式。如果示波器對(duì)重復(fù)的上升時(shí)間測(cè)量返回了一串不同的答案，那么就不能依靠它準(zhǔn)確地測(cè)量任何一種情況的上升時(shí)間，即使多次測(cè)量的平均數(shù)異常準(zhǔn)確。單次可重復(fù)性的一個(gè)主要因子是低內(nèi)部噪聲，因此在評(píng)估示波器進(jìn)行ESD測(cè)試時(shí)要比較噪聲指標(biāo)。這些實(shí)例中使用的6系MSO產(chǎn)生的噪聲特別低，特別適合這些測(cè)試。

使用并聯(lián)

為校驗(yàn)ESD仿真器的輸出，必須測(cè)量產(chǎn)生的電流流經(jīng)連接接地的低阻抗高頻電阻并聯(lián)時(shí)的波形。這個(gè)并聯(lián)或ESD靶仿真進(jìn)入大的金屬物體中的放電，比如設(shè)備箱(圖3)。

圖3. 兩種樣式的ESD靶：老式靶(左)和新式靶(右)。新式靶的帶寬較高(4 GHz)，未來(lái)版本的IEC 61000-4-2可能會(huì)規(guī)定使用新式靶

IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)目前規(guī)定并聯(lián)阻抗<2.1 Ω，但將來(lái)修訂版標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)變。為了幫助工程師更加準(zhǔn)確地檢驗(yàn)ESD仿真器性能，草議標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在規(guī)定了帶寬更低、阻抗更低的校準(zhǔn)后的(新式) ESD靶。

新靶的阻抗約為1 Ω。目前IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用1 GHz帶寬的靶。草議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用4 GHz帶寬的靶。在設(shè)置測(cè)試時(shí)，必須把靶安裝在1.2平方米地面的中心。ANSI C63.16靶指標(biāo)包括4 GHz以下時(shí)反射系數(shù)<0.1 (相當(dāng)于VSWR<1.22)，插損<0.3 dB。這些靶可以在商業(yè)市場(chǎng)上購(gòu)買。