靜電放電(ESD)抗擾度測試

在設計滿足全球電磁兼容能力(EMC)標準的產品時，靜電放電(ESD)抗擾度測試至關重要。大多數產品都會遵循主要國際標準，比如IEC 61000-4-2和美國ANSI C63.16，都規(guī)定了怎樣設置和執(zhí)行這些ESD測試。這些測試要求ESD仿真器，來生成準確的可重復的測試脈沖。

這些標準還規(guī)定了必須注入被測設備(EUT)中的電流脈沖的形狀和定時。在運行抗擾度測試前，必須檢驗ESD仿真器生成的電流脈沖擁有正確的形狀和上升時間?？梢允褂眯屎蟮腅SD靶和高帶寬示波器，檢驗仿真器的性能。泰克4/5/6系MSOs為這種檢驗測量提供了理想的選擇。

圖1. ESD事件產生的電流上升時間不到1 ns

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

本應用指南

﹒闡述怎樣在觸點放電測試和大氣放電測試中檢驗脈沖

﹒旨在幫助設計人員在一致性測試或預一致性測試前檢驗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仿真器基本測試系統(tǒng)

本應用指南使用6系MSO示波器，演示ESD調試技術。同等配備的4系和5系MSO的設置和測量實際上一模一樣，因為它們的控制功能與6系MSO相同。本文描述的許多技術也可以用于擁有相應性能（特別是上升時間）的任何專業(yè)級示波器。

人體可以建模成一個簡單的串聯RC網絡(圖2)。在電荷形成時，電容器會充電到選定數字的kV。在按下開關(仿真器觸發(fā)器)時，這個電荷會迅速放電到EUT中。多家制造商提供的仿真器都能復現非常接近這個人體模型的電流波形。IEC 61000-4-2國際標準中規(guī)定了這些仿真器必須生成的波形。

圖2. RC網絡仿真來自人手指的ESD事件

IEC 61000-4-2要求在測試EUT前檢驗ESD仿真器的尖端電壓，另外要求檢驗得到的電流波形的多個特點，比如電流峰值、30 ns時的電流讀數和60 ns時的電流讀數。

可以使用電表或吉歐表測量仿真器的尖端電壓。但是，大多數人發(fā)現，對簡單的預一致性檢驗測試，可以使用高阻抗高壓電阻電壓分路器(100 MΩ串聯1 MΩ)和數字電壓表。電阻器一定要能夠耐受最高25 kV電壓。

IEC和ANSI標準對測量可重復性的要求要比對上升時間的要求更嚴格。為捕獲ESD，必須把示波器設置成單次(“single-shot”)模式。如果示波器對重復的上升時間測量返回了一串不同的答案，那么就不能依靠它準確地測量任何一種情況的上升時間，即使多次測量的平均數異常準確。單次可重復性的一個主要因子是低內部噪聲，因此在評估示波器進行ESD測試時要比較噪聲指標。這些實例中使用的6系MSO產生的噪聲特別低，特別適合這些測試。

使用并聯

為校驗ESD仿真器的輸出，必須測量產生的電流流經連接接地的低阻抗高頻電阻并聯時的波形。這個并聯或ESD靶仿真進入大的金屬物體中的放電，比如設備箱(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)，未來版本的IEC 61000-4-2可能會規(guī)定使用新式靶

IEC和ANSI標準目前規(guī)定并聯阻抗<2.1 Ω，但將來修訂版標準中會變。為了幫助工程師更加準確地檢驗ESD仿真器性能，草議標準現在規(guī)定了帶寬更低、阻抗更低的校準后的(新式) ESD靶。

新靶的阻抗約為1 Ω。目前IEC和ANSI標準規(guī)定使用1 GHz帶寬的靶。草議標準規(guī)定使用4 GHz帶寬的靶。在設置測試時，必須把靶安裝在1.2平方米地面的中心。ANSI C63.16靶指標包括4 GHz以下時反射系數<0.1 (相當于VSWR<1.22)，插損<0.3 dB。這些靶可以在商業(yè)市場上購買。