便攜式產(chǎn)品ESD的測量技術(shù)

電子系統(tǒng)的靜電放電（ESD）魯棒性性能測試通常采用IEC61000-4-2作為標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了每個(gè)電壓等級(jí)下的沖擊電流波形、如何校準(zhǔn)ESD脈沖源、用于測量的測試環(huán)境、測試通過與失敗的判據(jù)，此外還提供了如何進(jìn)行測試的指南。

但在對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行ESD測試時(shí)，人們并不知道被測單元實(shí)際能承受多大應(yīng)力沖擊。對(duì)在受沖擊情況下沒有接地的便攜式產(chǎn)品來說，這點(diǎn)尤其正確。誠然，在便攜式電池供電產(chǎn)品的ESD測試中，測量實(shí)際沖擊電流是有可能的，甚至還可能通過簡單地計(jì)算，展示如何從測量中獲得額外的信息。

對(duì)于小型產(chǎn)品來說，工程師經(jīng)常在專門的測試環(huán)境中執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)ESD測試（圖1）。對(duì)IEC61000-4-2測試而言，這些測試環(huán)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(gè)0.95米長的連線，在水平耦合板之上的一個(gè)0.5mm絕緣層）。

圖1

這樣的測試環(huán)境必然能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的結(jié)果。首先，將被測設(shè)備（EUT）放在絕緣表面上，然后從不同的方向?qū)UT施加沖擊。例如，給導(dǎo)電表面施加接觸放電，這些表面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面進(jìn)行空氣放電，并將重點(diǎn)放在可能的ESD路徑上，比如設(shè)備外殼中的縫隙以及所有通風(fēng)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(jìn)行間接放電，以模擬由相鄰物體中的ESD事件引起的電磁干擾（EMI）效應(yīng)。對(duì)設(shè)計(jì)師工程師來說，使事情變得更加困難和復(fù)雜的是施加到EUT上的實(shí)際沖擊大小在這些測量中并不總是很明顯。

這里用一個(gè)便攜式電池供電的個(gè)人數(shù)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沖擊，然后用具有1GHz上限帶寬的變壓器類型電流探頭（是FischerCustomCommunications公司的F-6）測量電流，并連接到標(biāo)準(zhǔn)的1GHz帶寬示波器。請(qǐng)注意，探頭內(nèi)徑需要足夠大，以便適配IEC61000-4-2兼容ESD qiang的約12mm直徑頭子。

圖2

為簡化對(duì)這個(gè)特殊例子的描述，測量參考基準(zhǔn)是直接位于桌面上的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(gè)角。所有測量都在8kV電壓下進(jìn)行。*次測量直接到接地板中心。這些測量結(jié)果采用擴(kuò)展時(shí)間刻度。

圖3

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

圖4

但是，我們見到的電流減小前后并不一致。當(dāng)PDA直接放在接地板上時(shí)，初始電流尖峰降低了10%。當(dāng)PDA放在0.9cm絕緣層上時(shí)，初始電流尖峰減低33%（圖4）。在20ns點(diǎn)，直接放在接地板上的PDA受到的沖擊要小69%，而位于絕緣層上的PDA受到的沖擊要小93%。電流減少是在沖擊狀態(tài)下給PDA充電的結(jié)果。在每次沖擊測試過程結(jié)束后，我們必須將PDA接地使它回到未充電狀態(tài)才能進(jìn)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(duì)IEC 61000-4-2兼容ESDqiang來說是標(biāo)準(zhǔn)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。這種寄生電容值只有幾個(gè)pF，在定量討論中我們可以忽略不計(jì)。