Immunità alle scariche elettrostatiche (ESD) Test secondo IEC EN 61000-4-2

1. Contromisure e misure correttive per problemi comuni nei test di immunità ESD
1.1 Il meccanismo di formazione di scariche elettrostatiche e il suo danno ai prodotti elettronici
L'elettricità statica è formata dall'accumulo di cariche positive e negative su due oggetti quando due sostanze con diverse costanti dielettriche si sfregano l'una contro l'altra. Per quanto riguarda il corpo umano, l'elettricità statica generata dall'attrito tra i vestiti e la pelle è una delle ragioni principali dell'elettrificazione del corpo umano. Quando una sorgente elettrostatica è in contatto con altri oggetti, c'è un flusso di carica per contrastare la tensione. La trasmissione di questa potenza ad alta velocità genererà tensioni, correnti e campi elettromagnetici potenzialmente dannosi scarica elettrostatica.

Nella produzione e nell'uso di prodotti elettronici, l'operatore è la fonte più attiva di elettricità statica e può accumulare una certa quantità di carica. Quando il corpo umano tocca i componenti e i dispositivi collegati a terra, scarica elettrostatica sarà generato. Scarica elettrostatica è generalmente rappresentato da ESD. Scarica elettrostatica si verifica quando componenti e dispositivi collegati a terra vengono toccati. Scarica elettrostatica è generalmente rappresentato da ESD. ESD può causare seri danni o malfunzionamenti delle apparecchiature elettroniche.

La maggior parte dei dispositivi a semiconduttore viene facilmente danneggiata da scarica elettrostatica, in particolare i dispositivi LSI sono più fragili. Esistono due tipi di danni causati dall'elettricità statica al dispositivo, esplicito e implicito. Il danno nascosto non era visibile in quel momento, ma il dispositivo è diventato più fragile e facilmente danneggiato in condizioni come sovratensione e temperatura elevata.

I due principali meccanismi di danno di ESD sono guasti termici del dispositivo dovuti al calore generato dal ESD rottura di corrente e isolamento a causa dell'alta tensione indotta da ESD. Oltre a causare facilmente danni ai circuiti, le scariche elettrostatiche possono anche interferire con i circuiti elettronici. Ci sono due modi per interferire con ESD circuiti.

Uno è il metodo di conduzione. Se una certa parte del circuito forma un percorso di scarica, cioè il ESD è collegato al circuito nel dispositivo e il ESD la corrente scorre attraverso l'estremità di ingresso del chip integrato, causando interferenze.

Un'altra forma di ESD l'interferenza è un'interferenza irradiata. Cioè, una corrente di picco viene generata insieme a scintille durante scarica elettrostatica, e questa corrente contiene abbondanti componenti ad alta frequenza. Ciò produce un campo magnetico irradiato e un campo elettrico, che possono indurre forze elettromotrici interferenti in vari circuiti di segnale dei circuiti vicini. È probabile che la forza elettromotrice di interferenza superi il livello di soglia del circuito logico, causando false attivazioni. L'entità dell'interferenza irradiata dipende anche dalla distanza del circuito dal punto di scarica elettrostatica. Il campo magnetico prodotto da ESD decade con il quadrato della distanza. . Il campo elettrico prodotto da ESD decade al cubo della distanza. Quando la distanza è vicina, sia il campo elettrico che il campo magnetico sono forti. quando ESD si verifica, i circuiti nelle località vicine sono generalmente interessati.

ESD Nel campo vicino, la modalità di base dell'accoppiamento radiativo può essere capacitiva o induttiva, a seconda dell'impedenza del ESD sorgente e ricevitore. Nel campo lontano c'è l'accoppiamento del campo elettromagnetico.

La frequenza massima dell'interferenza elettromagnetica (EMI) relativa alle interferenze elettromagnetiche può superare 1 GHz. A questa frequenza, i cavi delle apparecchiature tipiche o persino le tracce di schede stampate possono diventare antenne di ricezione molto efficaci. Pertanto, per le tipiche apparecchiature elettroniche analogiche o digitali, ESD induce alti livelli di rumore.

In generale, per causare danni, ESD le scintille devono entrare in contatto diretto con i fili del circuito e l'accoppiamento radiativo di solito causa solo malfunzionamenti.

Sotto l'effetto di ESD, i dispositivi nel circuito sono più vulnerabili alla condizione eccitata rispetto alla condizione non energizzata.

2. Prova di scarica elettrostatica e relativi requisiti dei prodotti elettronici
I requisiti per la Test di immunità ESD sono diversi per gli standard dei prodotti elettronici con ambienti di utilizzo diversi, usi diversi e sensibilità ESD diverse, ma la maggior parte di questi standard si riferiscono direttamente o indirettamente a GB/T17626.2- 1998 (idt IEC 61000-4-2:1995): “Test di immunità alle scariche elettrostatiche di compatibilità elettromagnetica e tecnologia di misura”, la norma nazionale di base per la compatibilità elettromagnetica, e la prova viene eseguita secondo il metodo di prova. Di seguito vengono brevemente introdotti il ​​contenuto, i metodi di prova e i relativi requisiti della norma.

2.1 Testare gli oggetti:
Questo standard copre dispositivi, sistemi, sottosistemi e apparecchiature esterne in scarica elettrostatica ambienti e condizioni di installazione.

2.2 Contenuto della provat:
Ci sono varie cause di scarica elettrostatica, ma questa norma descrive principalmente l'accumulo di elettricità statica da parte dell'operatore attraverso fattori come l'attrito in condizioni di bassa umidità. Requisiti di immunità e metodi di prova per apparecchiature elettroniche ed elettriche soggette a scariche elettrostatiche direttamente dall'operatore e ad oggetti adiacenti.

2.3. Scopi del test:
Testare la capacità di un singolo dispositivo o sistema di resistere alle interferenze elettrostatiche. Simula: (1) la scarica dell'operatore o dell'oggetto quando tocca l'attrezzatura. (2) Scarico di una persona o di un oggetto su un oggetto adiacente.

2.4. Metodo sperimentale:
Ci sono due metodi di prova specificati in questo standard: metodo di scarico a contatto e metodo di scarico in aria. La scarica per contatto è il metodo di prova preferito e la scarica in aria viene utilizzata laddove non è possibile utilizzare la scarica per contatto.

Metodo di scarica a contatto: un metodo di prova in cui gli elettrodi del generatore di prova sono tenuti in contatto con l'apparecchiatura in prova e la scarica è eccitata dall'interruttore di scarica nel generatore.

Metodo di scarica in aria: un metodo di prova in cui l'elettrodo di carica del generatore di prova viene avvicinato al dispositivo in prova e il dispositivo in prova viene eccitato per scaricarsi da una scintilla.

2.5 Ambiente di prova:
Questa norma specifica le condizioni ambientali per lo scarico dell'aria:
Temperatura ambiente: 15℃~35℃, umidità relativa: 30%~60%UR, pressione atmosferica: 86kPa~106kPa
La norma non specifica condizioni ambientali specifiche per gli scarichi per contatto.

2.6. Implementazione del test:
Luogo di attuazione: Lo scarico diretto si applica ai punti o alle superfici che l'operatore può toccare durante il normale utilizzo dell'apparecchiatura in prova; lo scarico indiretto è applicato alla piastra di accoppiamento orizzontale e alla piastra di accoppiamento verticale.

Lo scarico diretto simula il scarica elettrostatica che si verifica quando un operatore entra in contatto diretto con il dispositivo in prova. Le scariche indirette scaricano le piastre di aggancio orizzontale e verticale, simulando ciò che accade quando un operatore scarica oggetti posti o installati vicino al dispositivo in prova.

Quando la scarica diretta, la scarica per contatto è la forma preferita; solo nei punti in cui non è possibile utilizzare lo scarico per contatto (come la superficie è rivestita con uno strato isolante, gli spazi vuoti della tastiera del computer, ecc.), viene invece utilizzato lo scarico del traferro (aria). Scarica indiretta: scegli il metodo di scarica per contatto.

La tensione di prova deve essere aumentata gradualmente fino al valore specificato da basso ad alto.
Diversi standard di prodotti o famiglie di prodotti possono avere disposizioni specifiche per l'esecuzione di prove in base alle caratteristiche del prodotto.

2.7 Risultati del test:
Se l' prova di scarica elettrostatica fallisce, possono verificarsi le seguenti conseguenze:
(1) I danni ai dispositivi a semiconduttore sono causati direttamente dallo scambio di energia.
(2) Il campo elettrico e il campo magnetico causati dalla scarica cambiano, provocando il malfunzionamento dell'apparecchiatura.

3. Contromisure per le scariche elettrostatiche e punti di miglioramento per i prodotti elettronici:
Esistono molti modi per ridurre l'impatto dell'interferenza elettromagnetica (EMI) generata da ESD su un prodotto o dispositivo elettronico: bloccare completamente la generazione di ESD, impedire alle EMI (in particolare EMI dovute a ESD in questo articolo) di accoppiarsi al circuito o al dispositivo e aumentando l'EMI intrinseca del dispositivo attraverso il processo di progettazione. Immunità ESD.

ESD di solito si verifica su oggetti conduttivi a cui è esposto il prodotto stesso, o su oggetti conduttivi adiacenti. Per le apparecchiature, le parti soggette a scariche elettrostatiche sono: cavi, tastiere, strutture metalliche esposte e fori, fori e fessure sull'involucro dell'apparecchiatura.

Un metodo di miglioramento comune consiste nell'impostare circuiti di protezione transitoria tra il punto di presenza di ESD o di pericolo di intrusione del prodotto, come il punto di ingresso e la terra, questi circuiti funzionano solo quando la tensione indotta da ESD supera il limite. Il circuito di protezione può comprendere una pluralità di unità di derivazione di corrente.

Esistono numerosi circuiti che possono raggiungere lo scopo della protezione ESD, ma nella scelta è necessario considerare i seguenti principi e un compromesso tra prestazioni e costi: la velocità è elevata, determinata dalle caratteristiche dell'interferenza ESD; può far fronte al passaggio di grande corrente; considerare La tensione transitoria si verificherà sia in polarità positiva che negativa; gli effetti capacitivi e resistivi dell'aumento del segnale sono controllati entro l'intervallo consentito; vengono considerati i fattori di volume; vengono presi in considerazione i fattori di costo del prodotto.

4. Linee guida generali sulle contromisure ESD:
(1) Aggiungere diodi di protezione ai dispositivi CMOS e MOS sensibili;
(2) Stringere decine di resistori ohm o sfere di ferrite sulla linea di trasmissione suscettibile (compreso il filo di terra);
(3) Utilizzo della tecnologia di rivestimento superficiale di protezione elettrostatica per rendere difficile la scarica del nucleo da parte delle scariche elettrostatiche, che si è rivelata molto efficace;
(4) Provare a utilizzare cavi schermati;
(5) Installare il filtro sull'interfaccia sensibile; isolare l'interfaccia sensibile dove non è possibile installare il filtro;
(6) Selezionare un circuito logico con frequenza di impulsi bassa;
(7) Schermo a conchiglia e buona messa a terra

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