【试验技术】ESD试验深度解读

第一部分：基本术语和定义

ESD（Electrostatic Discharge）静电放电定义：

标准定义：根据GB/T4365-2003 电工术语 电磁兼容对静电放电的定义：具有不同静电电位的物体靠近或者接触引起的电荷转移。

通用定义：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或靠近引起两物体间电荷传递。电荷传递的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。

接触放电方法：

试验发生器的电极保持与受试设备的并由发生器内的放电开关激励放电的一种试验方法。

空气放电方法：

将试验发生器的电极靠近受试设备直至接触到受试设备并由发生器内的放电开关激励放电的一种试验方法。

直接放电（Direct Application)：

直接对受试设备进行放电。

间接放电（Indirect Application)：

对受试设备附近的耦合板实施放电，以模拟人员对受试设备附近的物体的放电。

保持时间（Holding Time）：

放电之前，由于泄露而使试验电压下降 ≦10%的时间间隔。

上升时间（Rise Time)：

脉冲瞬时值首次从脉冲幅值的10%上升到90%所经历的时间。

【GB/T4365-2003 定义161-02-05】IEC61000-4-2 2008 、GB/T17626-2.2018版本新增

储能电容器（Energy Storage Capacitor）：

静电放电发生器中的电容器，用以代表人体充电至试验电压值时的电容量。

备注：可以是分立元件或者分布电容。

耦合板（Coupling Plane）简称CP

一块金属片或者金属板，对其放电用来模拟对受试设备附近物体的静电放电。

HCP为水平耦合板、VCP为垂直耦合板

第二部分：静电放电发生器

静电放电发生器的组成：

充电电阻Rc、储能电容Cs、分布电容Cd、放电电阻Rd、电压指示器、充电开关、放电开关、可更换的电极头、放电回路电缆、电源装置。【IEC61000-4-2.2008、GB/T17626.2-2018标准】

静电放电发生器

静电放电发生器电路简图

静电放电发生器的特性： 通用规范【IEC61000-4-2.2008、GB/T17626.2-2018标准】

静电放电发生器的特性： 接触放电电流波形参数【IEC61000-4-2.2008、GB/T17626.2-2008标准】

静电放电发生器的特性：

4KV理想的接触放电电流波形：【IEC61000-4-2.2008、GB/T17626.2-2018标准】

ESD放电发生器电极规格要求：

ESD放电发生器电极应符合图示的形状和尺寸，可以被绝缘涂层覆盖，只要产生电流波形符合规范要求。

放电回路电缆的要求：

Ø 放电回路电缆的长度为（2±0.05)m，其构成应使静电发生器满足电流波形规范要求。

Ø 放电回路电缆的长度是从ESD发生器本体至连接点的末端。它应有足够的绝缘以防止在静电放电试验期间放电电流不通过其端口而流向人员或导体表面。

Ø 测试中使用的放电回路电缆应和校准中使用的电缆是相同的或等同的。

Ø 若2m长的放电回路电缆不够长（例如较高的受试设备），可以采用不超过3m长的电缆，同时也要满足发生器电流波形规范要求

第三部分：试验布置要求

台式设备试验布置实例 试验布置要求：

Ø 放在接地参考平面上高度（0.8±0.08)m的非导电的桌子。

Ø 放在桌面上的水平耦合板（HCP）尺寸为（1.6±0.02）m×(0.8±0.02）m，并用一个厚（0.5±0.05）mm的绝缘垫隔离。

Ø 如果受试设备过大而不能保持于水平耦合板各边的最小距离为0.1m，则应使用另一块相同的水平耦合板，并与第一块保持（0.3±0.02）m。使用两张桌子，耦合板接地方式保持相同就可以。

落地式设备试验布置实例

试验布置要求：

Ø 受试设备用0.05m~0.15m厚的绝缘支撑与接地参考平面隔开。

Ø 受试设备的电缆用厚度约为（0.5±0.05）mm厚的绝缘支撑与接地参考平面隔开。电缆的隔离应超过受试设备隔离的边缘。

Ø 落地设备试验布置的实验如图。

Ø 任何与受试设备有关的安装脚架应保持原位。

第四部分：静电放电试验的实施

Ø 受试设备试验布置确认：受试设备是台式设备、落地式设备、不接地设备、还是按照安装后设备进行试验布置。

Ø 受试设备试验等级确认：根据出货地区、客户要求选定试验等级。

Ø 受试设备试验方法确认：根据产品特性、应用场景要求，结合标准中关于接触放电与空气放电实施的要求，选择适宜的试验方法。

Ø 静电放电施加测试点与测试次数的确认：根据产品应用环境、终端使用场景，结合标准要求确定静电放电施加测试点与测试次数。

试验等级列表

试验等级的选择：

对于接触放电试验，按照产品的试验等级进行，除非产品委员会有不同的规定。对于空气放电试验，应按照试验等级表规定的等级逐级实施，直至达到规定的试验等级。【IEC61000-4-2.2008、GB/T17626.2-2018新增要求】

试验等级应按照最切合实际的安装和环境条件来选择，试验等级的指导原则如下表：

对受试设备直接施加的放电

除非在通用标准、产品标准或产品类标准中有其他规定，静电放电只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的点和面。下面是例外的情况（放电不施加在下述点）

a、在维修时才接触得到的点和表面。这种情况下，特定的静电放电简化方法应在相关文件中注明。

b、最终用户保养时接触到的点和表面，这些极少接触到的点，如换电池时接触到的电池触点，录音电话中的磁带、如拆装机器人灰盒时触摸到的金属触点等

c、设备安装固定后或按使用说明使用后不再能接触到的点和面，例如底部和/设备的靠墙面或安装端子后的地方、电视产品安装壁挂的金属螺丝孔等。

d、外壳为金属的同轴连接器或多芯连接器可接触到的点。该种情况下，仅对连接器的外壳施加接触放电。

非导电（塑料）连接器内可接触到的点，应只进行空气放电试验。试验适用静电发生器的圆形电极头。

e、由于功能原因对静电放电敏感并有静电放电警告标签的连接器或其他接触部分可接触到的点和面如测量、接收或其它通讯功能的射频输入端

静电放电施加在连接器上的情况：

对受试设备间接施加的放电

对于放置于或安装在受试设备附近的物体的放电应用静电放电发生器对耦合板接触放电的方式来模拟。

Ø 垂直耦合板接触放电

Ø 水平耦合板接触放电

Ø 放电开关闭合前，放电电极应接触耦合板的边缘。

Ø 放电应施加在耦合板上，通过调整耦合板位置，使

受试设备四面不同的位置都受到放电试验。

第五部分：静电放电试验结果评价

静电放电结果的评价：

试验结果应依据受试设备在试验中的功能丧失或性能降低现象进行分类，相关的性能水平由设备的制造商或需要方确定，或由产品的制造商和购买方双方协商同意。推荐按以下要求分类：

A级判定(Criterion A): 指产品功能在测试前后及测试过程中完全可以正常操作，无任何功能减低或异常现象出现，完全不受ESD放电影响，则称产品符合A级判定结果。

B级判定(Criterion B): 指产品在测试过程中，功能会受ESD放电影响，在放电瞬间会暂时性的功能降低，但可以自动恢复，这样的产品则称符合B级判定结果。

C级判定(Criterion C)：指产品功能在测试前可正常被操作，但测试过程中受ESD放电影响，出现功能降低或异常且功能无法自动恢复，必须经由操作人员做重置(Re-set)或重开机的动做才能恢复功能，这情形则仅符合

C级判定结果。

D级判定(Criterion D):指产品功能在测试前可正常被操作，测试过程中出现异常，由操作人员做重置(Re-set)或重开机也不能恢复功能，这种情况大概产品已损伤严重，仅符合D级判定结果。

试验报告内容要求

试验报告应包括能重现试验的全部信息，特别是下列内容：

Ø 受试设备和辅助设备的标识。例如产品型号、序列号、品牌信息

Ø 试验设备的标识，例如商标、产品型号、序列号

Ø 试验环境信息，例如环境温度、湿度、大气压

Ø 进行试验所需的任何特定条件

Ø 制造商、委托方或购买方规定的性能水平

Ø 在通用、产品或产品类标准中规定的性能要求。

Ø 试验时在骚扰施加期间及以后观察到的对受试设备的任何影响，及其持续时间

Ø 试验通过/失败的判断原因

Ø 试验配置和受试设备布置图片

Ø 受试产品的配置信息，例如软件版本、板卡版本、关键器件信息。