淺談ESD脈沖特征

我們總會(huì)提取給定對(duì)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(fā)生器簡(jiǎn)化原理圖

下圖摘自NXP應(yīng)用筆記

下圖摘自IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)

一階RC電路零輸入響應(yīng)

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(biāo)準(zhǔn)中一階RC電路ESD發(fā)生器原理圖僅是簡(jiǎn)化電路，實(shí)際上其等效集總電路是多階非線性電路。

脈沖波形參數(shù)

脈沖頻域特性

非常明顯ESD測(cè)試是一種由上升時(shí)間決定的寬帶測(cè)試。可以通過(guò)10%-90%上升時(shí)間得到其頻域帶寬。

BandWidth=0.35/700ps=500MHz

當(dāng)對(duì)設(shè)備放電時(shí)，放電電流將通過(guò)不同的路徑流過(guò)設(shè)備。高頻分量將呈放射狀流動(dòng)，而低頻分量將尋求對(duì)地阻抗最小的路徑。電流將激發(fā)其路徑上的天線效應(yīng)。天線的效率(或增益)主要取決于它們的尺寸。1/4波長(zhǎng)的天線是非常有效的，對(duì)于ESD事件，即使1?20波長(zhǎng)的天線也可能傳導(dǎo)大量的能量。而真空中500MHz信號(hào)的1/20波長(zhǎng)約為3cm，1/4波長(zhǎng)約為15cm。

脈沖功率能量

參考ESD發(fā)生器簡(jiǎn)化原理圖，一階RC電路充電電路時(shí)間常數(shù)

100MΩx150pF=15ms

許多應(yīng)用中的設(shè)備ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求相關(guān)測(cè)試點(diǎn)至少執(zhí)行IEC 61000-4-2正負(fù)脈沖各10次，間隔時(shí)間為1秒。對(duì)于1秒的時(shí)間間隔，電容充電一階響應(yīng)過(guò)程可認(rèn)為已結(jié)束。

對(duì)于8kV ESD電壓等級(jí)，則電容單次儲(chǔ)存能量為

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

假設(shè)對(duì)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(xù)時(shí)間非常短，對(duì)于存在鉗位保護(hù)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(huán)境條件

ESD測(cè)試是所有EMC測(cè)試中唯一一個(gè)環(huán)境條件可能會(huì)影響所施加壓力的測(cè)試?？諝夥烹娛蹺SD發(fā)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(biāo)準(zhǔn)給出了測(cè)試環(huán)境中這些性能的允許范圍。

接觸放電方法不受這些參數(shù)的影響，但是在EUT內(nèi)可能發(fā)生的任何二次放電都可能受到它們的影響。

總結(jié)

描述IEC 61000-4-2定義ESD脈沖特征。