便携式产品ESD的测量技术

电子系统的静电放电（ESD）鲁棒性性能测试通常采用IEC61000-4-2作为标准。这个标准定义了每个电压等级下的冲击电流波形、如何校准ESD脉冲源、用于测量的测试环境、测试通过与失败的判据，此外还提供了如何进行测试的指南。

但在对电子系统进行ESD测试时，人们并不知道被测单元实际能承受多大应力冲击。对在受冲击情况下没有接地的便携式产品来说，这点尤其正确。诚然，在便携式电池供电产品的ESD测试中，测量实际冲击电流是有可能的，甚至还可能通过简单地计算，展示如何从测量中获得额外的信息。

对于小型产品来说，工程师经常在专门的测试环境中执行系统级ESD测试（图1）。对IEC61000-4-2测试而言，这些测试环境包括：地板上的金属接地板、木桌、放在桌子上的金属水平耦合板（到接地板有个0.95米长的连线，在水平耦合板之上的一个0.5mm绝缘层）。

图1

这样的测试环境必然能实现可重复的结果。首先，将被测设备（EUT）放在绝缘表面上，然后从不同的方向对EUT施加冲击。例如，给导电表面施加接触放电，这些表面包括所有金属外壳和连接器的接地金属壳。也可以向四周绝缘表面进行空气放电，并将重点放在可能的ESD路径上，比如设备外壳中的缝隙以及所有通风孔及键盘。

间接放电测试也是工作的一部分，特别是在水平和垂直耦合板上进行间接放电，以模拟由相邻物体中的ESD事件引起的电磁干扰（EMI）效应。对设计师工程师来说，使事情变得更加困难和复杂的是施加到EUT上的实际冲击大小在这些测量中并不总是很明显。

这里用一个便携式电池供电的个人数字助理（PDA）作为例子。首先，向USB端口的金属接地外壳施加接触放电模式的冲击，然后用具有1GHz上限带宽的变压器类型电流探头（是FischerCustomCommunications公司的F-6）测量电流，并连接到标准的1GHz带宽示波器。请注意，探头内径需要足够大，以便适配IEC61000-4-2兼容ESD qiang的约12mm直径头子。

图2

为简化对这个特殊例子的描述，测量参考基准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测试装置（图2）。ESDqiang的接地线连接到接地板的一个角。所有测量都在8kV电压下进行。*次测量直接到接地板中心。这些测量结果采用扩展时间刻度。

图3

在第二次测量过程中，测试工程师将PDA面朝下放在接地板上，以方便接触微型USB连接器的金属屏蔽壳。进入PDA的电流远小于直接注入接地板的电流（图3）。为进一步减小电流，在PDA和接地板之间插入0.9cm的绝缘层。

图4

但是，我们见到的电流减小前后并不一致。当PDA直接放在接地板上时，初始电流尖峰降低了10%。当PDA放在0.9cm绝缘层上时，初始电流尖峰减低33%（图4）。在20ns点，直接放在接地板上的PDA受到的冲击要小69%，而位于绝缘层上的PDA受到的冲击要小93%。电流减少是在冲击状态下给PDA充电的结果。在每次冲击测试过程结束后，我们必须将PDA接地使它回到未充电状态才能进行下次测量。

图5

图5所示原理图可以用来很好地定量理解上述测量。150pF电容和330Ω电阻对IEC 61000-4-2兼容ESDqiang来说是标准电路元件。qiang与接地板之间的寄生电容提供了IEC61000-4-2电流波形中包含的初始电流尖峰。这种寄生电容值只有几个pF，在定量讨论中我们可以忽略不计。