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如何使用示波器检验ESD仿真器?


  来源: 泰克科技 时间:2021-05-26 编辑:清风
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静电放电(ESD)抗扰度测试


在设计满足全球电磁兼容能力(EMC)标准的产品时,静电放电(ESD)抗扰度测试至关重要。大多数产品都会遵循主要国际标准,比如IEC 61000-4-2和美国ANSI C63.16,都规定了怎样设置和执行这些ESD测试。这些测试要求ESD仿真器,来生成准确的可重复的测试脉冲。


这些标准还规定了必须注入被测设备(EUT)中的电流脉冲的形状和定时。在运行抗扰度测试前,必须检验ESD仿真器生成的电流脉冲拥有正确的形状和上升时间。可以使用校准后的ESD靶和高带宽示波器,检验仿真器的性能。泰克4/5/6系MSOs为这种检验测量提供了理想的选择。


图1. ESD事件产生的电流上升时间不到1 ns


人体接触配电箱或电缆时产生的ESD,可能会损坏电子系统中的电路。在人的手指靠近金属物体时,普通的人体ESD事件会在物体中产生高电流放电。得到的电流脉冲可能会达到几安,有非常高的前沿,上升时间不到1 ns (图1)。图1显示了理想化的ESD波形。


本应用指南


阐述怎样在触点放电测试和大气放电测试中检验脉冲

旨在帮助设计人员在一致性测试或预一致性测试前检验ESD仿真器发出的电流脉冲的形状

涵盖部分ESD基本原理

描述采用示波器的ESD仿真器基本测试系统


本应用指南使用6系MSO示波器,演示ESD调试技术。同等配备的4系和5系MSO的设置和测量实际上一模一样,因为它们的控制功能与6系MSO相同。本文描述的许多技术也可以用于拥有相应性能(特别是上升时间)的任何专业级示波器。


人体可以建模成一个简单的串联RC网络(图2)。在电荷形成时,电容器会充电到选定数字的kV。在按下开关(仿真器触发器)时,这个电荷会迅速放电到EUT中。多家制造商提供的仿真器都能复现非常接近这个人体模型的电流波形。IEC 61000-4-2国际标准中规定了这些仿真器必须生成的波形。


图2. RC网络仿真来自人手指的ESD事件


IEC 61000-4-2要求在测试EUT前检验ESD仿真器的尖端电压,另外要求检验得到的电流波形的多个特点,比如电流峰值、30 ns时的电流读数和60 ns时的电流读数。


可以使用电表或吉欧表测量仿真器的尖端电压。但是,大多数人发现,对简单的预一致性检验测试,可以使用高阻抗高压电阻电压分路器(100 MΩ串联1 MΩ)和数字电压表。电阻器一定要能够耐受最高25 kV电压。


IEC和ANSI标准对测量可重复性的要求要比对上升时间的要求更严格。为捕获ESD,必须把示波器设置成单次(“single-shot”)模式。如果示波器对重复的上升时间测量返回了一串不同的答案,那么就不能依靠它准确地测量任何一种情况的上升时间,即使多次测量的平均数异常准确。单次可重复性的一个主要因子是低内部噪声,因此在评估示波器进行ESD测试时要比较噪声指标。这些实例中使用的6系MSO产生的噪声特别低,特别适合这些测试。


使用并联


为校验ESD仿真器的输出,必须测量产生的电流流经连接接地的低阻抗高频电阻并联时的波形。这个并联或ESD靶仿真进入大的金属物体中的放电,比如设备箱(图3)。


图3. 两种样式的ESD靶:老式靶(左)和新式靶(右)。新式靶的带宽较高(4 GHz),未来版本的IEC 61000-4-2可能会规定使用新式靶


IEC和ANSI标准目前规定并联阻抗<2.1 Ω,但将来修订版标准中会变。为了帮助工程师更加准确地检验ESD仿真器性能,草议标准现在规定了带宽更低、阻抗更低的校准后的(新式) ESD靶。


新靶的阻抗约为1 Ω。目前IEC和ANSI标准规定使用1 GHz带宽的靶。草议标准规定使用4 GHz带宽的靶。在设置测试时,必须把靶安装在1.2平方米地面的中心。ANSI C63.16靶指标包括4 GHz以下时反射系数<0.1 (相当于VSWR<1.22),插损<0.3 dB。这些靶可以在商业市场上购买。


关键词:示波器 ESD 仿真器 测试    浏览量:2826

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