沒有接地的產品，ESD放電測試時地回路是怎樣的？

之前的文章“如何理解虛無縹緲的ESD”，里面有用到仿真電路，有個兄弟提了個好問題：靜電槍的地和產品的工作地不是一個吧，為什么仿真計算的時候要接到一起呢？

一個好問題

原問題截圖如下：

問題應該是下面這個意思，我再畫了個示意圖：

仔細回想下我們打靜電的場景，靜電槍接了大地，待測設備放置在桌子上，如果設備沒有接大地的話，好像確實沒有回路呀，但是實際我們測試就是這么測的，而且也能放電，那放電的回路是什么樣的呢？總不至于沒有回路也能放電吧？

問題解釋

其實我認為可以這樣解釋：我們的被測設備的GND會和大地之間會有一個寄生電容，靜電放電是瞬間的，可以理解為交流信號（從文章“如何理解虛無縹緲的ESD”里面可知，ESD放電時的信號頻率范圍為幾十Mhz到500Mhz），所以相當于短路了。

為此，我專門去看了下標準里面的ESD測試環(huán)境。ESD測試環(huán)境，在國標文件《GB／T17626.2-2018電磁兼容試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗.pdf》——對標IEC61000-4-2 中都有說明。

有些兄弟可能對這個圖不是很了解，這里我們先關注這幾個東西：絕緣墊，水平耦合板，接地參考平板，木桌。網(wǎng)上找了個實物圖如下：

我們在來回顧下電容的本質是什么？——電容的本質就是兩個相互靠近的導體，中間夾一層絕緣介質，就構成了電容。

我們的被測設備里面的PCB板，里面有我們定義的GND，它是一個有一定面積的導體，然后讓它放置在絕緣墊上面，絕緣墊的下面就是一個巨大的金屬板——水平耦合板（一個長1.2m，寬0.8m的金屬板），這是另外一個導體，所以最它們會形成一個寄生電容。

如此同時，地面又有一個更大的金屬板，它與桌子上面的水平耦合金屬板也構成了一個電容，最終簡化下就變成了下面這樣。

所以，對于非接GND的產品，可以看到，回路實際上是通過兩個寄生電容構成的：1個是接GND參考平板和水平耦合金屬平板；另外一個是水平耦合金屬平板和產品本身的GND。

寫到這里，我又想看下這個寄生電容大小到底是多大呢？接地參考平板和水平耦合金屬平板的大小和距離標準文件里面都有，比較好計算，算一下大概是14.2pF。

不過，另外一個電容就不太好計算了，因為這個跟被測產品強相關。

我們假定一個場景先算看看吧：產品里面有一個10*10的PCBA，有完整的地平面，裝配離地高度10mm處，同樣道理計算寄生電容大小為8.854pF。

這兩個電容是串聯(lián)的關系，因此總的電容是：C=14.2pF串聯(lián)8.854pF=5.45pF。

即相當于我們在做ESD測試實驗的時候，大地和產品GND接了一個5.45pF的電容，這個電容構成了我們的ESD放電回路。

另外一個問題

可能有兄弟會說了，這個電容挺小啊，才幾pF，就算可以把靜電放電時的信號當作是交流，也不能當作是短路吧？

確實如此，前面說的，ESD放電的頻譜大概是幾十Mhz 到500Mhz，我們姑且范圍是50Mhz ~500Mhz吧。根據(jù)阻抗Z=1/2πfC，5.45pF電容在50Mhz~500Mhz時的阻抗范圍是：58.4Ω~584Ω

可以看到，電阻其實并不小，相對于ESD放電時，ESD槍的內阻300Ω數(shù)量級也差不多，仿真模型中直接忽略看作是短路確實準確性差了點。

總結

本文主要就一個兄弟提的問題，做了下思考，以及去查資料驗證。

解釋了非接地的產品，盡管產品GDN和大地EGND沒有通過物理導體連接在一起，但是其可以通過寄生電容耦合形成回路，也可以進行ESD放電。同時也可以看到，對應非接地的產品，仿真時直接假定產品GND和靜電槍的GND接到一起，并不是特別合適。

來源：硬件工程師煉成之路