靜電放電(ESD)抗擾度測試
在設(shè)計滿足全球電磁兼容能力(EMC)標(biāo)準的產(chǎn)品時，靜電放電(ESD)抗擾度測試至關(guān)重要。大多數(shù)產(chǎn)品都會遵循主要國際標(biāo)準，比如IEC 61000-4-2和美國ANSI C63.16，都規(guī)定了怎樣設(shè)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(fù)的測試脈沖。
這些標(biāo)準還規(guī)定了必須注入被測設(shè)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(chǎn)生的電流上升時間不到1 ns
人體接觸配電箱或電纜時產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(shè)計人員在一致性測試或預(yù)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(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(shù)也可以用于擁有相應(yīng)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(lián)RC網(wǎng)絡(luò)(圖2)。在電荷形成時，電容器會充電到選定數(shù)字的kV。在按下開關(guān)(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(fù)現(xiàn)非常接近這個人體模型的電流波形。IEC 61000-4-2國際標(biāo)準中規(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(shù)和60 ns時的電流讀數(shù)。
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(shù)人發(fā)現(xiàn)，對簡單的預(yù)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(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)準對測量可重復(fù)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(shè)置成單次(“single-shot”)模式。如果示波器對重復(fù)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(shù)異常準確。單次可重復(fù)性的一個主要因子是低內(nèi)部噪聲，因此在評估示波器進行ESD測試時要比較噪聲指標(biāo)。這些實例中使用的6系MSO產(chǎn)生的噪聲特別低，特別適合這些測試。
使用并聯(lián)
為校驗ESD仿真器的輸出，必須測量產(chǎn)生的電流流經(jīng)連接接地的低阻抗高頻電阻并聯(lián)時的波形。這個并聯(lián)或ESD靶仿真進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)，未來版本的IEC 61000-4-2可能會規(guī)定使用新式靶
IEC和ANSI標(biāo)準目前規(guī)定并聯(lián)阻抗<2.1 Ω，但將來修訂版標(biāo)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(biāo)準現(xiàn)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(biāo)準規(guī)定使用1 GHz帶寬的靶。草議標(biāo)準規(guī)定使用4 GHz帶寬的靶。在設(shè)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(biāo)包括4 GHz以下時反射系數(shù)<0.1 (相當(dāng)于VSWR<1.22)，插損<0.3 dB。這些靶可以在商業(yè)市場上購買。
