靜電放電發(fā)生器測(cè)試系統(tǒng)詳解

靜電放電發(fā)生器（Electrostatic Discharge,ESD） 主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品設(shè)備對(duì)人體靜電放電模型的抗干擾實(shí)驗(yàn)。靜電放電發(fā)生器分為靜電發(fā)生器和靜電放電發(fā)生槍，靜電發(fā)生器中的輸出有的是正電荷或者是負(fù)電荷，也有正負(fù)電荷可以自由轉(zhuǎn)換，電壓雙極性高精度輸出連續(xù)可調(diào)，所以靜電放電發(fā)生器可用于絕大多數(shù)電氣與電子設(shè)備的靜電放電試驗(yàn)。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)； 為了檢驗(yàn)電子設(shè)備受到外來(lái)靜電放電時(shí)能否正常工作，是國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4: Testing and measurement techniques - Section 2: Electrostatic discharge immunity test. Basic EMC Publication，已同名等效轉(zhuǎn)化為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17626.2-2006《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》的唯一試驗(yàn)設(shè)備。

在IEC61000-4-2 電磁兼容性（EMC） — 4部分：測(cè)試和測(cè)量技術(shù) — 第2部分：靜電放電抗擾度測(cè)試中等效于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17626.2-2006《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》中。

GB/T 17626的本部分范圍規(guī)定了電氣和電子設(shè)備遭受直接來(lái)自操作者及其操作者對(duì)鄰近物體的靜電放電時(shí)的抗擾度要求和試驗(yàn)方法，還規(guī)定了不同環(huán)境和安裝條件下試驗(yàn)等級(jí)的范圍和試驗(yàn)程序。

電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)

空氣放電方法 air discharge method ；

將試驗(yàn)發(fā)生器的充電電極靠近受試設(shè)備直至接觸到受試設(shè)備的一種試驗(yàn)方法。

抗靜電材料 antistatic material；

在同種材料或與其他類似材料相互摩擦或分離時(shí)，具有產(chǎn)生電荷量最小特性的材料。

接觸放電方法 contact discharge method ；

試驗(yàn)發(fā)生器的電極保持與受試設(shè)備的接觸并由發(fā)生器內(nèi)的放電開(kāi)關(guān)激勵(lì)放電的一種試驗(yàn)方法。

耦合板 coupling plane ；

一塊金屬片或金屬板，對(duì)其放電用來(lái)模擬對(duì)受試設(shè)備附近物體的靜電放電。

HCP為水平耦合板；VCP為垂直耦合板。

直接放電direct application；

直接對(duì)受試設(shè)備實(shí)施放電。

電磁兼容性 electromagnetic compatibility EMC；

設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的 能力。

靜電放電 electrostatic discharge; ESD；

具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。

儲(chǔ)能電容器 energy storage capacitor ；

靜電放電發(fā)生器中的電容器，用以代表人體充電至試驗(yàn)電壓值時(shí)的電容量。

接地參考平面 ground reference plane;

GRP 一塊導(dǎo)電平面，其電位用作公共參考電位。

保持時(shí)間 holding time ；

放電之前，由千泄漏而使試驗(yàn)電壓下降不大于10％的時(shí)間間隔。

（對(duì)騷擾的）抗擾度 immunity (to a disturbance) ；

裝置、設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運(yùn)行性能的能力。

間接放電 indirect application ；

對(duì)受試設(shè)備附近的耦合板實(shí)施放電，以模擬人員對(duì)受試設(shè)備附近的物體的放電。

上升時(shí)間 rise time ；

脈沖瞬時(shí)值首次從脈沖幅值的 10％上升到90％所經(jīng)歷的時(shí)間。

試驗(yàn)等級(jí)

在實(shí)驗(yàn)中接觸放電是優(yōu)先選擇，只有在不能使用的情況下才選擇空氣放電。表1中給出了每種試驗(yàn)方法的電壓。 由于試驗(yàn)方法不同，每種方法的電壓也不同，但是并不是說(shuō)這兩者的電壓大小相同，二者之間還是有很大的區(qū)別的。

試驗(yàn)發(fā)生器

試驗(yàn)發(fā)生器的主要部分包括；

充電電阻R c ;儲(chǔ)能電容器C s ;分布電容C d ；放電電阻R d ;電壓指示器；放電開(kāi)關(guān)；充電開(kāi)關(guān)；放電回路電纜；電源裝置；可更換的放電電極頭（見(jiàn)圖4);

電路原理首先是閉合充電開(kāi)關(guān)直流高壓源給 C S +Cd （圖中Cd在于發(fā)生器和周圍之間的分布電容）電容充電，當(dāng)電容電量飽和后斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)（負(fù)載電阻Rc在充電過(guò)程中保護(hù)充電電路），然后閉合放電開(kāi)關(guān)形成放電環(huán)路通過(guò)放電頭釋放輸出（負(fù)載Rd在輸出電電路中器保護(hù)作用）。

圖2的理想波形方程I(t)，如下所示：

式中；

靜電放電發(fā)生器的特性：

試驗(yàn)發(fā)生器應(yīng)滿足表2和表3中的規(guī)范。 圖2給出了表2和表3中規(guī)定的理想電流波形和測(cè)散點(diǎn)?？梢园凑障旅骐娏鳒y(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)和放電電流測(cè)量的方法驗(yàn)證。

電流測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)和放電電流測(cè)量：

電流靶安裝在垂直校準(zhǔn)平面中心。靜電放電發(fā)生器的放電回路電纜（接地線）應(yīng)連 接在平面中心底部低于靶0.5 m處。 接地線應(yīng)在電纜中心向后拉，形成一個(gè)等腰三角形。 校準(zhǔn)時(shí)，接地線不應(yīng)平放在地板上。

安裝如下步驟驗(yàn)證靜電放電發(fā)生器的電流波形是否符合規(guī)格。 記錄波的形狀和測(cè)鼠如下參數(shù)：

Ip峰值放電電流，單位為安培(A);

I30從到達(dá)峰值電流I,，的0.1倍電流值處開(kāi)始，30 ns 后的電流值，單位為安培(A);

I60從到達(dá)峰值電流I!，的0.1倍電流值處開(kāi)始，60 ns 后的電流值，單位為安培(A);

t r電流的上升時(shí)間，單位為納秒(ns) 。

注1:發(fā)生器宜安裝在三腳架或等效的非金屬低損耗的支撐物上。

注2:發(fā)生器宜以試驗(yàn)時(shí)相同的方式供電。

注3:相比圖3的相反配置也可以使用。

如果能證明測(cè)鼠系統(tǒng)上的間接耦合路徑不會(huì)影響校準(zhǔn)結(jié)果，那么沒(méi)有必要屏蔽示波器。

當(dāng)如下情況時(shí)如果示波器結(jié)果沒(méi)有任何觸發(fā)，校準(zhǔn)系統(tǒng)可認(rèn)為有足夠的抗擾度（即沒(méi)有必要用法拉第籠）：

示波器的觸發(fā)電平設(shè)置小千等千最低測(cè)試等級(jí)的10%,和靜電放電發(fā)生器對(duì)靶的外圈（不是內(nèi)圈）進(jìn)行最高等級(jí)的放電。

• 對(duì)空氣放電試驗(yàn)方法使用相同發(fā)生器，且放電開(kāi)關(guān)一定要閉合。 發(fā)生器應(yīng)備有圖4a)所示的圓形頭。 因?yàn)槭褂猛瑯拥腅SD發(fā)生器，所以沒(méi)有對(duì)空氣放電模式有更多的規(guī)范要求。
• 試驗(yàn)發(fā)生器中放電回路的電纜長(zhǎng)為(2士0.0S)m，其構(gòu)成應(yīng)使發(fā)生器滿足波形的要求。 放電回路電 纜的長(zhǎng)度是從ESD發(fā)生器本體至連接點(diǎn)的末端。 它應(yīng)有足夠的絕緣以防止在靜電放電試驗(yàn)期間放電 電流不通過(guò)其端口而流向人員或?qū)щ姳砻妗?/li>
• 測(cè)試中使用的放電回路電纜應(yīng)和校準(zhǔn)中使用的電纜是相同的或等同的。
• 若2m長(zhǎng)的放電回路電纜不夠長(zhǎng)（例如較高的受試設(shè)備），可以采用不超過(guò)3m長(zhǎng)的電纜。試驗(yàn)中使用的電纜應(yīng)符合波形規(guī)范。

ESD布置的驗(yàn)證

要驗(yàn)證正確的ESD試驗(yàn)布置，一種驗(yàn)證方法是觀察在低電壓設(shè)置時(shí)，對(duì)耦合板空氣放電時(shí)產(chǎn)生的小火花和在高電壓設(shè)置下的大火花。 在此驗(yàn)證之前，要驗(yàn)證接地帶的連接和位置。

基本原理：因?yàn)閬?lái)自ESD發(fā)生器的波形參數(shù)通常不會(huì)發(fā)生細(xì)微變化（例如：波形的上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間不會(huì)漂移），最可能的失效是ESD發(fā)生器電壓未送至放電電極，或者是電壓控制失效。 放電路徑中的電纜、電阻或者連接導(dǎo)線的損壞、松脫或缺失，都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法放電。

試驗(yàn)布置：