淺談ESD脈沖特征

我們總會提取給定對象的固有屬性-特征。本章主要描述IEC 61000-4-2定義ESD脈沖特征。

典型放電電流波形

ESD發生器簡化原理圖

下圖摘自NXP應用筆記

下圖摘自IEC 61000-4-2標準

一階RC電路零輸入響應

很明顯一階RC電路電容放電電流波形與IEC 61000-4-2脈沖放電電流不同。所以IEC 61000-4-2標準中一階RC電路ESD發生器原理圖僅是簡化電路，實際上其等效集總電路是多階非線性電路。

脈沖波形參數

脈沖頻域特性

非常明顯ESD測試是一種由上升時間決定的寬帶測試。可以通過10%-90%上升時間得到其頻域帶寬。

BandWidth=0.35/700ps=500MHz

當對設備放電時，放電電流將通過不同的路徑流過設備。高頻分量將呈放射狀流動，而低頻分量將尋求對地阻抗最小的路徑。電流將激發其路徑上的天線效應。天線的效率(或增益)主要取決于它們的尺寸。1/4波長的天線是非常有效的，對于ESD事件，即使1?20波長的天線也可能傳導大量的能量。而真空中500MHz信號的1/20波長約為3cm，1/4波長約為15cm。

脈沖功率能量

參考ESD發生器簡化原理圖，一階RC電路充電電路時間常數

100MΩx150pF=15ms

許多應用中的設備ESD測試標準要求相關測試點至少執行IEC 61000-4-2正負脈沖各10次，間隔時間為1秒。對于1秒的時間間隔，電容充電一階響應過程可認為已結束。

對于8kV ESD電壓等級，則電容單次儲存能量為

1/2CV2=1/2x150pFx8kVx8kV=4.8mJ

假設對于60ns矩形脈沖，則脈沖功率為

Power=Energy/time=4.8mJ/60ns=80kW

可以看出功率非常高，但持續時間非常短，對于存在鉗位保護的電路，例如12V鉗位電壓，30ns處16A泄放電流，則大部分能量由330Ω放電電阻所消耗和耗散。

環境條件

ESD測試是所有EMC測試中唯一一個環境條件可能會影響所施加壓力的測試。空氣放電受ESD發生器尖端和EUT之間的空氣隙擊穿特性控制，這一特性受到濕度、溫度和大氣壓力的影響。標準給出了測試環境中這些性能的允許范圍。

接觸放電方法不受這些參數的影響，但是在EUT內可能發生的任何二次放電都可能受到它們的影響。