浅谈ESD脉冲特征

我们总会提取给定对象的固有属性-特征。本章主要描述IEC 61000-4-2定义ESD脉冲特征。

典型放电电流波形

 

ESD发生器简化原理图

下图摘自NXP应用笔记

下图摘自IEC 61000-4-2标准

一阶RC电路零输入响应

很明显一阶RC电路电容放电电流波形与IEC 61000-4-2脉冲放电电流不同。所以IEC 61000-4-2标准中一阶RC电路ESD发生器原理图仅是简化电路，实际上其等效集总电路是多阶非线性电路。

脉冲波形参数

脉冲频域特性

非常明显ESD测试是一种由上升时间决定的宽带测试。可以通过10%-90%上升时间得到其频域带宽。

BandWidth=0.35/700ps=500MHz

当对设备放电时，放电电流将通过不同的路径流过设备。高频分量将呈放射状流动，而低频分量将寻求对地阻抗最小的路径。电流将激发其路径上的天线效应。天线的效率(或增益)主要取决于它们的尺寸。1/4波长的天线是非常有效的，对于ESD事件，即使1⁄20波长的天线也可能传导大量的能量。而真空中500MHz信号的1/20波长约为3cm，1/4波长约为15cm。

脉冲功率能量

参考ESD发生器简化原理图，一阶RC电路充电电路时间常数

100MΩx150pF=15ms

许多应用中的设备ESD测试标准要求相关测试点至少执行IEC 61000-4-2正负脉冲各10次，间隔时间为1秒。对于1秒的时间间隔，电容充电一阶响应过程可认为已结束。

对于8kV ESD电压等级，则电容单次储存能量为

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

假设对于60ns矩形脉冲，则脉冲功率为

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

可以看出功率非常高，但持续时间非常短，对于存在钳位保护的电路，例如12V钳位电压，30ns处16A泄放电流，则大部分能量由330Ω放电电阻所消耗和耗散。

环境条件

ESD测试是所有EMC测试中唯一一个环境条件可能会影响所施加压力的测试。空气放电受ESD发生器尖端和EUT之间的空气隙击穿特性控制，这一特性受到湿度、温度和大气压力的影响。标准给出了测试环境中这些性能的允许范围。

接触放电方法不受这些参数的影响，但是在EUT内可能发生的任何二次放电都可能受到它们的影响。

总结

描述IEC 61000-4-2定义ESD脉冲特征。