使用泰克示波器檢驗靜電放電(ESD)仿真器

　　在設(shè)計滿足全球電磁兼容能力(EMC)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品時，靜電放電(ESD)抗擾度測試至關(guān)重要。大多數(shù)產(chǎn)品都會遵循主要國際標(biāo)準(zhǔn)，比如IEC 61000-4-2和美國ANSI C63.16，都規(guī)定了怎樣設(shè)置和執(zhí)行這些ESD測試。這些測試要求ESD仿真器，來生成準(zhǔn)確的可重復(fù)的測試脈沖。

　　這些標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了必須注入被測設(shè)備(EUT)中的電流脈沖的形狀和定時。在運行抗擾度測試前，必須檢驗ESD仿真器生成的電流脈沖擁有正確的形狀和上升時間。可以使用校準(zhǔn)后的ESD靶和高帶寬示波器，檢驗仿真器的性能。泰克示波器4/5/6系MSO為這種檢驗測量提供了理想的選擇。

　　人體接觸配電箱或電纜時產(chǎn)生的ESD，可能會造成ESD損壞。在人的手指靠近金屬物體時，普通的人體ESD事件會在物體中產(chǎn)生高電流放電。得到的電流脈沖可能會達到幾安，有非常高的前沿，上升時間不到1 ns (圖1)。圖1顯示了理想化的ESD波形。

　　人體可以建模成一個簡單的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)(圖2)。在電荷形成時，電容器會充電到選定數(shù)字的kV。在按下開關(guān)(仿真器觸發(fā)器)時，這個電荷會迅速放電到EUT中。多家制造商提供的仿真器都能復(fù)現(xiàn)非常接近這個人體模型的電流波形。IEC 61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了這些仿真器必須生成的波形。

　　IEC 61000-4-2要求在測試EUT前檢驗ESD仿真器的尖端電壓，另外要求檢驗得到的電流波形的多個特點，比如電流峰值、30 ns時的電流讀數(shù)和60 ns時的電流讀數(shù)。

　　可以使用電表或吉歐表測量仿真器的尖端電壓。但是，大多數(shù)人發(fā)現(xiàn)，對簡單的預(yù)一致性檢驗測試，可以使用高阻抗高壓電阻電壓分路器(100 MΩ串聯(lián)1 MΩ)和數(shù)字電壓表。電阻器一定要能夠耐受最高25 kV電壓。

　　IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)對測量可重復(fù)性的要求要比對上升時間的要求更嚴格。為捕獲ESD，必須把示波器設(shè)置成單次(“single-shot”)模式。如果示波器對重復(fù)的上升時間測量返回了一串不同的答案，那么就不能依靠它準(zhǔn)確地測量任何一種情況的上升時間，即使多次測量的平均數(shù)異常準(zhǔn)確。單次可重復(fù)性的一個主要因子是低內(nèi)部噪聲，因此在評估示波器進行ESD測試時要比較噪聲指標(biāo)。這些實例中使用的6系MSO產(chǎn)生的噪聲特別低，特別適合這些測試。

　　使用并聯(lián)

　　為校驗ESD仿真器的輸出，必須測量產(chǎn)生的電流流經(jīng)連接接地的低阻抗高頻電阻并聯(lián)時的波形。這個并聯(lián)或ESD靶仿真進入大的金屬物體中的放電，比如設(shè)備箱(圖3)。

　　IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)目前規(guī)定并聯(lián)阻抗<2.1 Ω，但將來修訂版標(biāo)準(zhǔn)中會變。為了幫助工程師更加準(zhǔn)確地檢驗ESD仿真器性能，草議標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在規(guī)定了帶寬更低、阻抗更低的校準(zhǔn)后的(新式) ESD靶。

　　新靶的阻抗約為1 Ω。目前IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用1 GHz帶寬的靶。草議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用4 GHz帶寬的靶。在設(shè)置測試時，必須把靶安裝在1.2平方米地面的中心。ANSI C63.16靶指標(biāo)包括4 GHz以下時反射系數(shù)<0.1 (相當(dāng)于VSWR<1.22)，插損<0.3 dB。這些靶可以在商業(yè)市場上購買。

　　為完成測試設(shè)置，需要電纜、衰減器和示波器。使用優(yōu)質(zhì)低損耗電纜連接靶、衰減器和示波器。電纜總長要保持在1米以內(nèi)，這樣才能滿足IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)。ANSI C63.16要求雙屏蔽電纜，防止信號泄漏影響測量。它還推薦RG-400/U電纜，而RG-214/U盡管是兩倍直徑，但損耗只有一半，似乎效果更好。還可以使用任何GHz帶寬的同軸電纜。

　　IEC 61000-4-2還規(guī)定把示波器放在法拉第籠中，屏蔽示波器受到ESD引發(fā)的放射輻射。在標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程中(20世紀(jì)90年代初)，許多工程師使用模擬熒光存儲示波器進行這些測量。標(biāo)準(zhǔn)之所以規(guī)定使用屏蔽層，是為了防止模擬示波器上顯示的波形失真。屏蔽層也最大限度地減少了放電放射場引起的假觸發(fā)數(shù)量。

　　目前，大多數(shù)高速數(shù)字示波器，包括泰克4/5/6系MSOs，都擁有屏蔽精良的輸入電路，因此實踐中通常不要求法拉第籠。只需把ESD靶安裝在1.2平方米鋁片上，通常就能防止數(shù)字示波器中不想要的觸發(fā)。

　　測試設(shè)置方框圖如圖4所示。需要使用衰減器，保護示波器的輸入前置放大器，因為ESD靶可能會產(chǎn)生>50 V的電壓。20 dB衰減器很方便，因為它表示10×衰減，把測得電壓乘10，就可以得到經(jīng)過并聯(lián)的實際電壓，然后計算出得到的電流。衰減器必須能夠處理最高50 V尖峰，衰減器的帶寬必須準(zhǔn)確地通過最高4 GHz頻率。

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