2004年　仪表技术与传感器

2004　静电放电模拟器放电回路的设计

朱长清,刘尚合,魏　明

(军械工程学院静电与电磁防护研究所,河北石家庄　050003)

　　摘要:由于分布参数的影响,按集总参数设计的静电放电模拟器难以产生IEC61000-4-2标准规定的静电放电电

流。通过对标准电流波形及给定参数的分析,设计了易于实现的人体-金属模型放电回路。通过模拟仿真,确定了放电回路的具体元件参数。针对分布参数的影响,给出了集总电路元件参数与标准规定的放电电流参数的相对误差灵敏度设计曲线,利用该设计曲线通过对集总元件参数的调整,可获得完全符合标准要求的放电电流。关键词:ESD;模拟器;设计;误差灵敏度中图分类号:O441.1　　文献标识码:A　　文章编号:1002-1841(2004)03-0031-03

DesignofDischargeCircuitforESDZHUChang2qing,LIUSh,(InstituteofElectrostatic&ElectromagneticProtection050003,China)

Abstract:Duetotheeffectofdistributedfordischarge(ESD)simulatorconsistingoflumpedparametertogeneratethecurrentis4-2standard.Byanalyzingtheelectrostaticdischargecurrentwaveformandgivenacircuitcalledhumanbody/metalmodel.Bymeansofsimula2tion,allcertain.Aimedattheeffectofdistributedparameters,haveofferedagroupofdesigncurvethatofthelumpedparametertoeveryparameterofdischargecurrent.Bymeansoftheclusterofcurveabletothelumpedparametersuntilthesimulatorgeneratethedischargecurrentbeinguptothestandard.KeyWords:ES;Simulator;Design;ErrorSensitivity

1　引言

静电放电的危害相当普遍。化工、纺织、火工品生产、集成电路制造等领域尤为严重,静电放电引致的燃烧、爆炸事故造成了严重的人员伤亡和大量财产的损失。据美国贝尔实验室的估计,只全球集成电路制造业一项,每年因静电放电造成的损失就高达上百亿美元。因此各国对易发生静电放电危害场合所使用的仪器设备都制定了严格的防静电标准。国际电工委员会在IEC61000-4-2标准中详细规定了设备对静电放电(ESD)抗扰性测试的具体要求,而ESD模拟器成为测试的关键设备,其中的放电回路是设备的核心。由于ESD模拟器放电回路的结构形成的分布参数对设备的性能影响很大,所以放电回路的设计有一定的难度。现给出一种易于实现的电路,并为结构设计提供必要的参数要求。

图2　IEC61000-4-2规定的ESD电流波形

表1　电流波形参数

放电电压

/kV2468

电流峰值±10%

/A71515221530

上升时间,

tr/ns

30ns时电60ns时电

流±30%

/A48

流±30%

/A2468

2　静电放电回路设计

IEC61000-4-2标准给出了ESD模拟器的简化框图,如图1所示,并规定了ESD模拟的两项主要性能参数

:

017～1101216

　　显然,将储能电容、放电回路电阻按集总参数设计的模拟

器,无论分布参数如何考虑,其放电电流都不能满足标准中规

图1　ESD模拟器简化框图

(1)能够产生图2所示的静电放电电流波形,并满足表1

定的要求。

IEC61000-4-2标准中给出的静电放电情况来源于对人体静电入电的模拟,因此可以用人体静电放电的模型电路来设计ESD模拟器的放电回路。图3是人体静电放电的人体-金属模型。其中C1、R1、L1分别为人体电容、电阻及电感;C2、

R2、L2分别为手、前臂及手持小金属物体的电容、电阻及电感。

规定的波形参数要求;

　　(2)ESD模拟器的放电回路中,储能电容Cs+Cd(Cd是分布电容)为(150±10%)pF;放电回路电阻Rd为(330±10%)Ω

.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50077024);重点资助项目

(50237040)

若将C1看作是储能电容Cs,C2作为分布电容Cd,将模拟器放电回路电阻Rd分为R1和R2,L1作为R1的分布电感,L2作为

R2的分布电感与放电模拟器放电端电感之和。图3所示的人

收稿日期:2003-05-09　　收修改稿日期:2003-10-27