1、1,静电放电及其抗扰度试验 研究动态与进展,刘尚合 （解放军军械工程学院）,2,一、国内外研究现状 二、主要进展 三、今后研究方向和发展趋势,3,一、国内外研究现状,4,1.现有IEC试验标准及平台,国际电工委员会最早的静电放电抗扰度试验标准是在1991年发布的IEC801-2，现在国际通用的IEC61000-4-2标准是在1995年发布标准的基础上经过1998年和2000年2次修订后从2001年正式执行的。 欧洲使用的EN61000-4-2标准与其对等。美国使用的ANSI C63.16标准也基本上是基于IEC而制定的。 我国现用的静电放电抗扰度试验标准GB/T17626.2等同于1995年的
2、IEC61000-4-2标准，从1999年12月1日正式实施。,5,IEC61000-4-2标准对静电放电抗扰度试验方法和试验平台都有具体的规范。 标准规定了两种放电方式：接触式放电和空气放电方式。 标准规定了4个试验等级和1个开放等级。 对试验程序（试验条件、试验实施等）做了具体规范。 另外，规定了台式设备和落地式设备2种试验配置（试验平台）。,1.现有IEC试验标准及平台,6,IEC标准电流波形,7,8,台式设备试验平台,9,立式设备试验平台,10,2. 现有方法和平台存在的问题,在按照试验标准进行抗扰度试验的过程中发现抗扰度试验本身存在一些缺陷，试验结果的有效性存在一些问题，这些局限性和
3、问题将对产品的设计、生产和最终用途造成严重的影响。主要有以下一些试验局限和试验结果有效性问题：,11,不同厂家的模拟器静电放电抗扰度试验结果不同。 模拟器开关对试验结果有显著影响，不同的模拟器高压开关产生的电磁辐射场差别很大。 标准对空气放电方式只给出放电电压等级，对放电接近速度，环境条件，电流波形等没有具体规定，而这些参数将直接影响试验结果。,12,对一种ESD模型的抗扰度试验不能保证对其他ESD模型的抗扰度试验有效，例如对人体的ESD抗扰度试验方法不能保证对家具ESD抗扰度试验有效； 试验结果多是定性的，很少能够给用户提供定量的试验结果； 用户没有标准的试验数据库可借鉴或比照；,13,3.
4、 国外学者最新提出的研究方法,目前广泛应用的IEC61000-4-2标准及规定的ESD抗扰度实验装置，虽然经过多次修改，但在抗扰度实验中许多学者仍发现存在问题，当前国际上仍有三个小组：IEC SC77B WG9，ANSI C63.16和ESD-协会WG1 4对ESD标准进行修订。美国密苏里大学的学者在2004年最后一期IEEE EMC上发表两篇文章。对静电放电抗扰度试验和试验标准进行了研究 。,14,实验装置示意图,15,研究结果,ESD失效电平与感应环上环感应的电压有很好的相关性; 峰值电流的导数和上升时间与失效电平没有很好的相关性; 环上的感应电压是超高速CMOS器件失效电平的最好指标，由
5、于器件使用高速CMOS的成分在增加而且未来将继续增加，所以需要修改ESD标准;,16,二、主要进展,17,两种模拟器效应试验结果比较,18,两种模拟器的波形参数,ESD电流基本参数均符合IEC标准要求，并不能看出两种模拟器的差异。,19,两模拟器ESD电流上升前沿并不重合，上升沿的陡峭程度将影响其包含的高频成分，进而影响实验结果。,20,放电电流峰值相近，但振荡电流(di/dt)不同，这对一些对电流导数敏感的受试设备来说是不利的。,21,造成上述情况的原因是由于IEC标准对电流校验波形的规定不够严格，这使得不同模拟器得到静电抗扰度测试结果存在明显的差异。为此，我们建议，要规定电流导数波形参数，
6、限制电流波形的振荡，进一步完善ESD模拟器的校验标准，从而减小不同模拟器静电抗扰度测试结果之间的差异。,22,另一方面，需要进一步研究空气放电的特点,改进模拟器空气放电的重复性，用严格控制的空气放电方式和相应的实验平台，以便更好地进行电子设备静电放电抗扰度性试验。,23,一种新的ESD模拟测试装置原理图,24,一种新型的ESD试验控制平台,25,接触式放电36cm处，阻抗不同时耦合电压峰值与放电电压关系的比较。 隨着ESD电压的升高，电子设备遭受的电磁干扰强度增大。,26,不同放电电压(正极性）条件下 空气放电电流上升时间和耦合电压值,27,不同放电电压（负极性）条件下 空气放电电流上升时间和
7、耦合电压值,28,ESD电压与小环耦合电压关系图,正极性的放电在2kV到12kV之间，耦合电压随着放电电压的增加而下降，大于12kV的放电其耦合电压将逐渐增加。负极性的空气放电耦合电压随放电电压的增加基本上是单调地下降。,29,这是因为空气放电时受大气环境特别是电极渐进速度、电弧的等效电阻大小、空间电荷效应等随机因素的影响比较严重。而这些因素之间又有一定的关系，比如使电极渐进速度用机器控制在80cm/S到1m/S这种接近实际情况下人的动作速度，就可以得到比较理想的且符合实际的实验结果。,30,通常条件下，人手移动速度测定值,31,三、今后研究方向和发展趋势,32,研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉冲电磁场测试系统，为ESD辐射场研究奠定基础。,宽带脉冲电场测试仪,33,研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉冲电磁场测试系统，为ESD辐射场研究奠定基础。 进一步研究能够模拟实际放电过程的空气放电规律和实验研究平台。 研究改进静电放电抗扰度试验标准。 研究电子设备提高静电抗扰度等级的措施。 静电放电理论建模。 静电放电效应评估。,
