中心議題：

• 電子係統的ESD的測量技術

電子係統的靜電放電(ESD)魯棒性性能測試通常采用IEC61000-4-2作為標準。這個標準定義了每個電壓等級下的衝擊電流波形、如何校準ESD脈衝源
、用於測量的測試環境、測試通過與失敗的判據，此外還提供了如何進行測試的指南。

但在對電子係統進行ESD測ce試shi時shi，人ren們men並bing不bu知zhi道dao被bei測ce單dan元yuan實shi際ji能neng承cheng受shou多duo大da應ying力li衝chong擊ji。對dui在zai受shou衝chong擊ji情qing況kuang下xia沒mei有you接jie地di的de便bian攜xie式shi產chan品pin來lai說shuo，這zhe點dian尤you其qi正zheng確que。誠cheng然ran
，在zai便bian攜xie式shi電dian池chi供gong電dian產chan品pin的deESD測試中，測量實際衝擊電流是有可能的，甚至還可能通過簡單地計算
，展示如何從測量中獲得額外的信息。

對於小型產品來說，工程師經常在專門的測試環境中執行係統級ESD測試(圖1)。對IEC61000-4-2測試而言，這些測試環境包括：地板上的金屬接地板
、木桌、放在桌子上的金屬水平耦合板(到接地板有個0.95米長的連線，在水平耦合板之上的一個0.5mm絕緣層)。


圖1

這樣的測試環境必然能實現可重複的結果。首先
，將被測設備(EUT)放在絕緣表麵上，然後從不同的方向對EUT施加衝擊。例如
，給導電表麵施加接觸放電，這些表麵包括所有金屬外殼和連接器的接地金屬殼。也可以向四周絕緣表麵進行空氣放電，並將重點放在可能的ESD路徑上
，比如設備外殼中的縫隙以及所有通風孔及鍵盤。

間接放電測試也是工作的一部分
，特別是在水平和垂直耦合板上進行間接放電，以模擬由相鄰物體中的ESD事件引起的電磁幹擾(EMI)效應。對設計師工程師來說，使事情變得更加困難和複雜的是施加到EUT上的實際衝擊大小在這些測量中並不總是很明顯。[page]

這裏用一個便攜式電池供電的個人數字助理(PDA)作為例子。首先，向USB端口的金屬接地外殼施加接觸放電模式的衝擊，然後用具有1GHz上限帶寬的變壓器類型電流探頭(最好是FischerCustomCommunications公司的F-65A)測量電流
，並連接到標準的1GHz帶寬示波器。請注意，探頭內徑需要足夠大
，以便適配IEC61000-4-2兼容ESDqiang的約12mm直徑頭子。


圖2

為簡化對這個特殊例子的描述，測量參考基準是直接位於桌麵上的0.6平方米接地板，不再使用完整的IEC測試裝置(圖2)。ESDqiang的接地線連接到接地板的一個角。所有測量都在8kV電壓下進行。第一次測量直接到接地板中心。這些測量結果采用擴展時間刻度。


圖3

在第二次測量過程中
，測試工程師將PDA麵朝下放在接地板上，以方便接觸微型USB連接器的金屬屏蔽殼。進入PDA的電流遠小於直接注入接地板的電流(圖3)。為進一步減小電流
，在PDA和接地板之間插入0.9cm的絕緣層。


圖4
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但是，我們見到的電流減小前後並不一致。當PDA直接放在接地板上時，初始電流尖峰降低了10%。當PDA放在0.9cm絕緣層上時，初始電流尖峰減低33%(圖4)。在20ns點，直接放在接地板上的PDA受到的衝擊要小69%
，而位於絕緣層上的PDA受到的衝擊要小93%。電流減少是在衝擊狀態下給PDA充電的結果。在每次衝擊測試過程結束後，我們必須將PDA接地使它回到未充電狀態才能進行下次測量。

圖5

圖5所示原理圖可以用來很好地定量理解上述測量。150pF電容和330Ω電阻對IEC61000-4-2兼容ESDqiang來說是標準電路元件。qiang與接地板之間的寄生電容提供了IEC61000-4-2電流波形中包含的初始電流尖峰。這種寄生電容值隻有幾個pF，在定量討論中我們可以忽略不計。

工程師將電流探頭放在放電qiang的尖端周圍，然後開始直接向接地板放電，如圖中的短線所示。對圖3中直接放電到接地板的電流在300ns時間內進行積分
，可以得到1.21μC的電量。這個電容幾乎完全等於給150pF電容充電到8kV所預測的電容量。

向PDA的放電通過一個並行平板電容表示，其中一個極板是PDA的一部分，另一個極板是接地板。在脈衝初期
，PDA電容提供較低的阻抗，注入進PDA的電流近似於到地的放電電流。繼續施加脈衝，電荷在PDA到接地板電容中累積
，因此PDA上的電位上升，直到PDA和接地板之間的電位和150pF電容上的電壓相等。這時
，不再有電流流動
，即使ESDqiang的電容還沒有完全放電。

對充電到PDA的電流進行積分
，可以得到從ESDqiang轉移到PDA的電荷數量。從ESDqiang轉移到PDA的電荷量可以用來計算ESDqiang的150pF電容上剩下的電壓，然後再算出PDA上的電壓。理解這個電壓以及PDA上測到的電荷之後，就可以計算出PDA和接地板之間的電容(見表1)。


測量結果表明，直接放在接地板上的PDA充電到6,253V
，而位於0.9cm絕緣層上的PDA充電到7,381V。這些數據分別對應於兩種情況下的41.9pF和12.6pF電容。利用1kHz電感、電容和電阻計,對直接放在接地板上的PDA進行電容測量
，結果是34pF。鑒於測量技術的不同
，這個結果相當合理。

測量表明，來自ESDqiang的電流在電子係統承受ESD衝擊期間是可測量的。在本例中我們發現，像PDA或手機等便攜式係統上的衝擊能量要比源自ESDqiang的全部衝擊能量要小得多。

一個簡單電路模型和基於測量電流的計算可以生成許多有用的信息
，如轉移到被測係統的電荷

、係統升高的電壓以及係統接地電容的近似值。在初始電流尖峰中的峰值電流不會像餘下電流波形一樣降得那麼多。

這個結果與模型也是一致的。在這個模型中

，PDA的(de)接(jie)地(di)電(dian)容(rong)提(ti)供(gong)了(le)初(chu)始(shi)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)到(dao)地(di)路(lu)徑(jing)。這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)用(yong)在(zai)空(kong)隙(xi)放(fang)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang)，隻(zhi)要(yao)到(dao)電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou)的(de)意(yi)外(wai)放(fang)電(dian)不(bu)被(bei)解(jie)釋(shi)為(wei)到(dao)被(bei)測(ce)設(she)備(bei)的(de)放(fang)電(dian)。