示波器应用解密：静电电压测试

1 静电的产生以及测试现状

静电是物体表面的静止电荷，这也是“静”字的由来。

物体在打仗、摩擦、分离、电解等过程中，将发生电子或离子的转移，正电荷和负电荷在局部范围内失落去平衡，就形成了静电。
当物体表面的静电场梯度达到一定的程度，正电荷和负电荷发生中和，静电放电(ESD -Electro Static Discharge)征象就涌现了。

静电和电子系统的关系，可以用两个字来表达：“毁坏”。
“据美国统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成丢失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的丢失为20亿英镑，日本电子元器件的不合格品中不少于45％是由于静电造成的。
”-- 以上数据摘自百度。
而静电测试也一贯是产品整机测试阶段中的风险掌握点，缘故原由在于这项测试很随意马虎暴露毛病，而且静电能量的泄放又和许多成分干系，处理起来比较繁芜。

以往验证产品抗静电能力的路子是在标准静电实验室进行实测，在某个测试点位履行数次打仗或空气放电，同时验证干系功能受到影响的程度。
但如果深究以下问题如：在放电过程中，被测主板上的器件承受了多大的能量? 放置ESD器件前后，被保护器件承受的能量有多大的差异，ESD器件能否不焊接以节约产品本钱? 物料替代时，看似两个参数很靠近的ESD器件，哪一个的静电保护效果更精良 ? 类似问题一时可能难以作出准确回答，缘故原由归结于短缺定量测试的手段，如果能够进行此项测试 ：

l 从产品开拓上讲，丈量主板上某颗芯片引脚的静电波形，对抗静电设计、产品可靠性验证以及剖析静电导致器件破坏的情形将有辅导意义。

l 从物料测试上讲，针对器件更换的情形，放电波形可以供应直不雅观的比拟，例如：峰值电压，能量泄放速率这些信息，进一步理解不同器件的保护效果。

本文紧张阐述的便是测试静电放电电压波形的方法，以办理议量剖析的问题。

2 测试操作解释

2.1 测试设备

2.2 测试环境实拍

环境1：测试ESD器件的静电放电电压波形

环境2：测试产品主板在焊接ESD器件后，对应旗子暗记通路的静电放电电压波形。
下图是CVBS旗子暗记通路，利用同轴线缆采集图中所示测试点的波形

2.3 测试步骤

l 将ESD器件焊接在测试主板上。

l 主板和静电枪通过低阻通路完成共地。

l 利用同轴线缆连接ESD器件旗子暗记端和示波器输入通道。

l 静电枪放电同时将电压波形采集到示波器，然后不雅观察波形以及丈量参数值。

把稳：

l 主板走线、线缆、示波器输入通道都须要是50ohm阻抗，这避免了旗子暗记反射对波形的影响，使其能反响真实情形。

l 利用两级-20dB衰减器将旗子暗记幅度进行100:1衰减，来适应示波器输入通道的电压幅值哀求，起到保护示波器的目的。

3 测试结果

3.1 型号为ESD5B5.0ST1G的ESD器件打仗放电电压波形测试

放电电压+4kV

放电电压-4kV

3.2 在ESD5B5.0ST1G的+8kV打仗放电测试过程中，利用示波器的带脱期制功能，得到不同带宽条件下的测试结果

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器件条件下的打仗放电电压波形测试

焊接器件，放电电压+8kV

不焊接器件，放电电压+8kV

4 测试结果剖析

4.1 从4KV放电电压波形中不雅观察特色

l 峰值电压的绝对值在50V旁边，而经历峰值往后电压幅度迅速衰减到10V旁边。

l 比较较+4kV的衰减速率更慢，在250nS往后衰减到0V，而在-4kV放电时这个过程只须要150nS。

4.2 从示波器的带宽对测试结果的影响来评估对系统带宽的哀求

干系文献中较少提到静电测试系统的带宽哀求，仅在《IEC 61000-4-2-2008 》中的“B.4.2 Test equipment required for ESD generator calibration”即静电发生器的校准章节中有此解释：针对电流波形的采集，推举示波器带宽≥2GHz。
从该标准中给出的4kV打仗放电电流波形中也可以创造，第一个上升沿只有1nS旁边，因此须要特殊把稳到测试系统的带宽。

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，如果仅从峰值电压测试结果上看，当带宽低落到250MHz时，测试数值明显降落了，可见已经不能知足哀求。
但从反响真实波形以及不雅观察细节的角度出发，仍旧建议利用更高带宽的示波器用于静电波形测试。

4.3 从主板是否焊接ESD器件情形下的测试结果，验证器件对CVBS通路的静电保护浸染

l 放电峰值电压降落，在焊接ESD器件后电压值衰减了10倍旁边，约从700V低落到70V。

l 能量泄放速率加快，不雅观察放电50nS后的电压值，不焊接器件时约从峰值的700V衰减到300V，百分比低落到42%；而在焊接器件后电压约从峰值的70V衰减到10V，百分比低落到14%。

5 总结

利用这个测试系统捕获的静电放电电压波形，作为定量测试手段，在产品开拓以及物料替代的验证测试过程中将表示出代价。
但须要把稳测试结果与测试环境关系很大，因此更适宜在不同待测设备之间作横向比拟，评估其差异。