1. 靜電放電抗擾度測(cè)試概述

靜電放電抗擾度試驗(yàn)(ESD)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17626.2(等同于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2) 。

靜電放電（ESD)是一種自然現(xiàn)象，經(jīng)驗(yàn)表明，人在合成纖維的地毯上行走時(shí)，通過(guò)鞋子與地毯的摩擦,只要行走幾步，人體上積累的電荷就可以達(dá)到10-6庫(kù)侖以上(這取決于鞋子與地毯之間的電阻)，在這樣一個(gè)"系統(tǒng)"里(人/地毯/大地)的平均電容約為幾十至上百pF，可能產(chǎn)生的電壓要達(dá)到15kV。研究不同的人體產(chǎn)生的靜電放電,會(huì)有許多不同的電流脈沖，電流波形的上升時(shí)間在100ps至30ns之間。電子工程師們發(fā)現(xiàn),靜電放電多發(fā)生于人體接觸半導(dǎo)體器件的時(shí)候，有可能導(dǎo)致數(shù)層半導(dǎo)體材料的擊穿，產(chǎn)生不可挽回的損壞。靜電放電以及緊跟其后的電磁場(chǎng)變化，可能危害電子設(shè)備的正常工作。   

2. 靜電放電抗擾度測(cè)試方法

GB/T17626.2國(guó)內(nèi)靜電放電標(biāo)準(zhǔn)描述的是在低濕度環(huán)境下，通過(guò)摩擦使人體帶電，帶了電的人體，在與設(shè)備接觸過(guò)程中就可能對(duì)設(shè)備放電。靜電放電抗擾度試驗(yàn)?zāi)M了兩種情況：⑴設(shè)備操作人員直接觸摸設(shè)備時(shí)對(duì)設(shè)備的放電，和放電對(duì)設(shè)備工作的影響：⑵設(shè)備操作人員在觸摸鄰近設(shè)備時(shí)，對(duì)所關(guān)心這臺(tái)設(shè)備的影響。

其中前一種情況稱(chēng)為直接放電(直接對(duì)設(shè)備放電)：后一種情況稱(chēng)為間接放電(通過(guò)對(duì)鄰近物體的放電，間接構(gòu)成對(duì)設(shè)備工作的影響)。靜電放電可能造成的后果是:

⑴通過(guò)直接放電,引起設(shè)備中半導(dǎo)體器件的損壞，從而造成設(shè)備的永久性失效。

⑵由放電(可能是直接放電，也可能是間接放電)而引起的近場(chǎng)電磁場(chǎng)變化,造成設(shè)備的誤動(dòng)作。

3.靜電放電抗擾度標(biāo)準(zhǔn)

GB17626.2

YY0505

GB/T 18268

EN55024

EN61547等

4. 靜電放電抗擾度的模擬

高壓真空繼電器是目前唯一能產(chǎn)生重復(fù)和高速放電波形的器件.線(xiàn)路中的150pF電容代表人體的儲(chǔ)能電容,330Ω電阻代表人體在手握鑰匙和其他金屬工具時(shí)的人體電阻.標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為用這種人體放電模型(包括電容量和電阻值)來(lái)描述靜電放電是足夠嚴(yán)酷的.從放電電流波形(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是放電電極對(duì)作為電流傳感器的2Ω電阻接觸放電時(shí)的電流波形)可以預(yù)見(jiàn)它含有極其豐富的諧波成分,因此它加大了試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度.      

作為對(duì)靜電放電發(fā)生器的校核(這是確保采用不同品牌放電發(fā)生器試驗(yàn)結(jié)果可比性與重復(fù)性的關(guān)鍵),標(biāo)準(zhǔn)要求在4個(gè)不同電壓下進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量中要用帶寬至少為1GHz的示波器.

5. 靜電放電測(cè)試中的放電方式

靜電放電試驗(yàn)有直接和間接兩種，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直接放電以接觸放電為首選方式，只有在不能用接觸放電的地方才改用氣隙放電。

對(duì)間接放電，標(biāo)準(zhǔn)中是用金屬板來(lái)模擬被試設(shè)備附近的放電物體。由于是金屬板，對(duì)間接放電無(wú)一例外是采用接觸放電為首選的放電方式。

標(biāo)準(zhǔn)之所以用接觸放電為首選的放電方式，是因?yàn)榻?jīng)歷了IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的前身IEC801-2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過(guò)程中暴露出來(lái)的不足。IEC801-2標(biāo)準(zhǔn)以氣隙放電為其唯一的放電方式，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)這種放電方式的測(cè)試結(jié)果重復(fù)性和可比性都比較差。

造成這種情況的主要原因是氣隙放電的放電電流波形受制于下列因素：

①放電電極接近被試設(shè)備的速度；

②被測(cè)設(shè)備表面的形狀對(duì)電極場(chǎng)強(qiáng)分布的影響；

③環(huán)境(如溫度,濕度和氣壓)對(duì)放電的影響；

④放電電壓對(duì)放電電流波形頻譜的影響(例如,8kV的放電電流上升時(shí)間典型值為1ns～5ns;高于8kV的電流上升時(shí)間可能達(dá)到5～30ns). 。   

 此外,在IEC801-2:1984標(biāo)準(zhǔn)中采用氣隙放電為唯一放電方式,還和當(dāng)時(shí)找不到合適的測(cè)量?jī)x器有關(guān)(示波器的帶寬還不足以觀察到上升速率為1ns的波形)。

氣隙放電對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的種種弊病，在1991年出版的IEC801-2標(biāo)準(zhǔn)草案中得到改正，草案決定用接觸放電為首選放電方式。仍保留氣隙放電作為對(duì)非導(dǎo)電性表面的設(shè)備(如塑料機(jī)箱,或表面復(fù)有絕緣物的金屬外殼)的試驗(yàn)方式。這種情況一直延續(xù)到IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的頒布。

6. 靜電放電實(shí)驗(yàn)室的型式測(cè)試

靜電放電分實(shí)驗(yàn)室的型式測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試兩種,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,實(shí)驗(yàn)室的型式試驗(yàn)是設(shè)備鑒定和認(rèn)證唯一采用的試驗(yàn)方式.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)則受制于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,主要用于現(xiàn)場(chǎng)情況摸底,而不能作為鑒定試驗(yàn).現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要征得用戶(hù)和制造商雙方一致同意后才能進(jìn)行.

Ⅰ. 靜電放電測(cè)試配置

由于靜電放電的電流波形十分陡峭,前沿己經(jīng)達(dá)到0.7～1ns,其包含的諧波成分至少要達(dá)到500MHz以上,因此試驗(yàn)室里試驗(yàn)配置的規(guī)范性是保證試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性和可比性的一個(gè)關(guān)鍵.配置可以由用戶(hù)自行制作,標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此作出了規(guī)定,歸結(jié)起來(lái)有以下幾點(diǎn):

(1)參考接地板采用0.25mm以上銅板或鋁板(鋁板易氧化,慎用).如用其他金屬,厚度至少是0.65mm以上.參考接地板實(shí)際尺寸不限,要求四周均超出被試設(shè)備(指地面設(shè)備)或試驗(yàn)桌臺(tái)面水平耦合板(用于臺(tái)式設(shè)備)的每邊0.5m以上.參考接地板要和試驗(yàn)室的保護(hù)接地線(xiàn)相連.

(2)水平耦合板(僅臺(tái)式設(shè)備有)和垂直耦合板(后者有絕緣支架)的材料與參考接地板相同.兩塊耦合板各有一根兩端接有470kΩ電阻的電纜線(xiàn)與參考接地板相連,以便泄放試驗(yàn)中靜電電荷.要求所用電阻有承受放電的能力;整個(gè)電纜有絕緣保護(hù),避免與接地板短路.

(3)對(duì)臺(tái)式設(shè)備,在水平耦合板上覆一塊0.5mm的絕緣薄板,要求試驗(yàn)中此板不明顯積聚電荷.在臺(tái)式設(shè)備試驗(yàn)中,水平耦合板至少比試品的每一邊大出0.1m.如試品太大,要么選用更大的試驗(yàn)臺(tái);要么選用兩張同樣的試驗(yàn)臺(tái)來(lái)擺放試品,桌面上的水平耦合板不必焊在一起,而可以在兩張桌子的并合處覆一塊同樣材質(zhì)的金屬,只要各壓住每個(gè)桌面0.3m以上即可.但要求兩張桌子的水平耦合板用電阻線(xiàn)分別與參考接地板相連.

(4)對(duì)地面設(shè)備,在參考接地板上要有一個(gè)0.1m高的絕緣支座,試品和試品電纜放在絕緣支座上.

(5)所有連接線(xiàn)(包括參考接地板的接地電纜;耦合板上的帶電阻的連接電纜;以及放電槍接到參考接地板上的接地回線(xiàn)等)都必須保持低阻抗的連接.

(6)其他應(yīng)注意的地方

A.在距試品1m以?xún)?nèi)應(yīng)無(wú)墻壁和其他金屬物品(包括儀器).

B.試驗(yàn)中的試品要盡可能按實(shí)際情況布局(包括電源線(xiàn),信號(hào)線(xiàn)和安裝腳等等).接地線(xiàn)要按生產(chǎn)廠的規(guī)定接地(沒(méi)有接地線(xiàn)的就不接),不允許有額外的接地線(xiàn).

C.放電時(shí),放電槍的接地回線(xiàn)與試品表面至少保持0.2m的間距,避免相互間有附加感應(yīng),影響試驗(yàn)結(jié)果.

Ⅱ. 靜電放電測(cè)試方法

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,凡被試設(shè)備正常工作時(shí),人手可以觸摸到的部位,都是需要進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)的部位(這樣的部位,除機(jī)殼以外,其他如控制鍵盤(pán),顯示屏,指示燈,旋鈕,鑰匙孔,電源線(xiàn)等都在考核范圍內(nèi)).

試驗(yàn)時(shí),被試設(shè)備處在正常工作狀態(tài).

試驗(yàn)正式開(kāi)始前,試驗(yàn)人員對(duì)試品表面以20次/秒的放電速率快速掃視一遍,以便尋找試品的敏感部位(凡掃視中有引起試品數(shù)顯跳動(dòng),動(dòng)作異常跡象的部位,都作為正式試驗(yàn)時(shí)的重點(diǎn)考查部位,應(yīng)記錄在案,并在正式試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在其周?chē)嘣黾訋讉€(gè)考查點(diǎn)).

正式試驗(yàn)時(shí),放電以1次/秒的速率進(jìn)行(也有規(guī)定為1次/5秒的產(chǎn)品),以便讓試品來(lái)得及作出響應(yīng).通常對(duì)每一個(gè)選定點(diǎn)上放電20次(其中10次是正的,還有10次是負(fù)的).

原則上,凡可以用接觸放電的地方一律用接觸放電.對(duì)有鍍漆的機(jī)殼,如制造廠未說(shuō)明是作絕緣的,試驗(yàn)時(shí)便用放電槍的尖端刺破漆膜對(duì)試品進(jìn)行放電.如廠家說(shuō)明是做絕緣使用時(shí),則改用氣隙放電.對(duì)氣隙放電應(yīng)采用半圓頭形的電極,在每次放電前,應(yīng)先將放電槍從試品表面移開(kāi),然后再將放電槍慢慢靠近試品,直到放電發(fā)生為止.為改善試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可比性,放電電極要垂直試品表面

間接放電:

①對(duì)水平耦合板,放電槍垂直地在離開(kāi)試品0.1m處用接觸放電方式進(jìn)行放電.

②對(duì)垂直耦合板,耦合板應(yīng)放在離試品0.1m處,放電槍要垂直于耦合板一條垂直邊的中心位置上進(jìn)行放電.對(duì)試品垂直方向的四個(gè)面都要用垂直耦合板做間接放電試驗(yàn).

7. 靜電放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是設(shè)備在安裝條件下進(jìn)行的試驗(yàn).通常是設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)受挫后,作為摸底,由制造商和用戶(hù)協(xié)商后進(jìn)行的試驗(yàn).

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的布置，為了便于靜電放電槍的接地回線(xiàn)電纜的連接,應(yīng)將參考接地板鋪設(shè)在地面上,并保持與試品及其系統(tǒng)0.1m的距離.參考接地板的材料和厚度都與實(shí)驗(yàn)室配置的要求相同.在條件允許的情況下,接地板的尺寸為0.3m×2m.參考接地板與現(xiàn)場(chǎng)的安全地相連,或連接在試品及其系統(tǒng)的接地端子上.發(fā)生器的接地回線(xiàn)接在靠近試品及其系統(tǒng)放電點(diǎn)的參考接地平面上.

當(dāng)試品及其系統(tǒng)安裝在金屬桌子上時(shí),而金屬桌子又未與現(xiàn)場(chǎng)的安全地連接時(shí),則應(yīng)將金屬桌子通過(guò)一根兩端帶有470kΩ的電阻線(xiàn)接到參考接地平面上,以防止靜電積累.

8. 靜電放電等級(jí)

標(biāo)準(zhǔn)將試驗(yàn)等級(jí)分成四級(jí):對(duì)接觸放電分別設(shè)為2kV,4kV,6kV和8kV;對(duì)氣隙放電分別設(shè)為2kV,4kV,8kV和15kV。

試驗(yàn)等級(jí)的選擇與環(huán)境因素有關(guān)(環(huán)境越干燥,試驗(yàn)電壓等級(jí)也越高).但對(duì)一臺(tái)具體的產(chǎn)品來(lái)說(shuō),往往已在相應(yīng)的產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)試中給出(連同試品的合格評(píng)定準(zhǔn)則也一并給出)。

9. 靜電放電標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)評(píng)

①標(biāo)準(zhǔn)之所以用接觸放電作為放電的首選方式,是因?yàn)榻佑|放電的不確定因素較少。

②接觸放電有著極其陡峭的上升時(shí)間,因此放電電流波形中包含了極其豐富的諧波成分,即使選擇比較低的試驗(yàn)電壓,也能取得比同樣等級(jí)中電壓較高的氣隙放電有更加嚴(yán)格的測(cè)試結(jié)果。