使用示波器测试静电电压应用

日常生活中,人们常常会碰到这些现象:晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼啪的动静,并且伴有蓝光;见面握手时,手指刚一触摸到对方,会突然感到指尖针刺般刺痛,令人心惊胆战。”-- 以上内容摘自百度。我觉得写的还蛮生动,读起来身上不觉有种针刺的感觉 -_-! 在空气干燥的时节里,脱衣服这个行为可能会发作600至15000V的静电电压,假如湿度为20%以下,电压乃至能够高达30kV,所以在此提醒我们:静电有风险,脱衣需谨慎。


1 静电的发作以及测验现状


静电是物体外表的静止电荷,这也是“静”字的由来。物体在触摸、冲突、分离、电解等过程中,将发作电子或离子的转移,正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡,就形成了静电。当物体外表的静电场梯度达到一定的程度,正电荷和负电荷发作中和,静电放电(ESD -Electro Static Discharge)现象就呈现了。


静电和电子体系的联系,能够用两个字来表达:“破坏”。“据美国统计,美国电子职业部门每年因静电损害形成丢失高达100亿美元,英国电子产品每年因静电形成的丢失为20亿英镑,日本电子元器材的不合格品中不少于45%是因为静电形成的。”-- 以上数据摘自百度。而静电测验也一直是产品整机测验阶段中的风险控制点,原因在于这项测验很简单露出缺点,并且静电能量的泄放又和许多要素相关,处理起来比较复杂。


以往验证产品抗静电才能的途径是在规范静电实验室进行实测,在某个测验点位实施数次触摸或空气放电,同时验证相关功用受到影响的程度。但假如追究以下问题如:在放电过程中,被测主板上的器材承受了多大的能量? 放置ESD器材前后,被维护器材承受的能量有多大的区别,ESD器材能否不焊接以节约产品成本? 物料代替时,看似两个参数很接近的ESD器材,哪一个的静电维护效果更优异 ? 类似问题一时可能难以作出精确回答,原因归结于缺少定量测验的手段,假如能够进行此项测验 :


l 从产品开发上讲,丈量主板上某颗芯片引脚的静电波形,对立静电规划、产品可靠性验证以及剖析静电导致器材损坏的情况将有指导意义。


l 从物料测验上讲,针对器材替换的情况,放电波形能够供给直观的对比,例如:峰值电压,能量泄放速度这些信息,进一步了解不同器材的维护效果。


本文主要论述的就是测验静电放电电压波形的方法,以处理定量剖析的问题。


2 测验操作阐明


2.1 测验设备




2.2 测验环境实拍


环境1:测验ESD器材的静电放电电压波形






环境2:测验产品主板在焊接ESD器材后,对应信号通路的静电放电电压波形。下图是CVBS信号通路,运用同轴线缆收集图中所示测验点的波形








2.3 测验步骤


l 将ESD器材焊接在测验主板上。


l 主板和静电枪通过低阻通路完成共地。


l 运用同轴线缆衔接ESD器材信号端和示波器输入通道。


l 静电枪放电同时将电压波形收集到示波器,然后调查波形以及丈量参数值。


留意:


l 主板走线、线缆、示波器输入通道都需求是50ohm阻抗,这避免了信号反射对波形的影响,使其能反映实在情况。


l 运用两级-20dB衰减器将信号起伏进行100:1衰减,来适应示波器输入通道的电压幅值要求,起到维护示波器的目的。


3 测验成果


3.1 型号为ESD5B5.0ST1G的ESD器材触摸放电电压波形测验


放电电压+4kV




放电电压-4kV




3.2 在ESD5B5.0ST1G的+8kV触摸放电测验过程中,运用示波器的带宽约束功用,得到不同带宽条件下的测验成果


放电电压+8kV,带宽1GHz




放电电压+8kV,带宽350MHz




放电电压+8kV,带宽250MHz




3.3 主板的CVBS通路在焊接/不焊接ESD5B5.0ST1G器材条件下的触摸放电电压波形测验


焊接器材,放电电压+8kV




不焊接器材,放电电压+8kV




4 测验成果剖析


4.1 从±4KV放电电压波形中调查特征


l 峰值电压的绝对值在50V左右,而阅历峰值今后电压起伏敏捷衰减到10V左右。


l 相比较+4kV的衰减速度更慢,在250nS今后衰减到0V,而在-4kV放电时这个过程只需求150nS。


4.2 从示波器的带宽对测验成果的影响来评估对体系带宽的要求


相关文献中较少提到静电测验体系的带宽要求,仅在《IEC 61000-4-2-2008 》中的“B.4.2 Test equipment required for ESD generator calibration”即静电发作器的校准章节中有此阐明:针对电流波形的收集,推荐示波器带宽≥2GHz。从该规范中给出的4kV触摸放电电流波形中也能够发现,第一个上升沿只有1nS左右,因而需求特别留意到测验体系的带宽。




分别验证了示波器处于1GHz、350MHz、250MHz等3种带宽条件下的放电电压波形,假如仅从峰值电压测验成果上看,当带宽下降到250MHz时,测验数值显着下降了,可见已经不能满足要求。但从反映实在波形以及调查细节的视点出发,仍然建议运用更高带宽的示波器用于静电波形测验。


4.3 从主板是否焊接ESD器材情况下的测验成果,验证器材对CVBS通路的静电维护作用


l 放电峰值电压下降,在焊接ESD器材后电压值衰减了10倍左右,约从700V下降到70V。


l 能量泄放速度加速,调查放电50nS后的电压值,不焊接器材时约从峰值的700V衰减到300V,百分比下降到42%;而在焊接器材后电压约从峰值的70V衰减到10V,百分比下降到14%。


文章来源北京凡实测控技术有限公司    文章链接:http://www.beijingfanshi.com/TKSBQCDY


2018年12月18日

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