没有接地的产品,ESD放电测试时地回路是怎样的?
之前的文章“如何理解虚无缥缈的ESD”,里面有用到仿真电路,有个兄弟提了个好问题:静电枪的地和产品的工作地不是一个吧,为什么仿真计算的时候要接到一起呢?一个好问题
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仔细回想下我们打静电的场景,静电枪接了大地,待测设备放置在桌子上,如果设备没有接大地的话,好像确实没有回路呀,但是实际我们测试就是这么测的,而且也能放电,那放电的回路是什么样的呢?总不至于没有回路也能放电吧?问题解释
其实我认为可以这样解释:我们的被测设备的GND会和大地之间会有一个寄生电容,静电放电是瞬间的,可以理解为交流信号(从文章“如何理解虚无缥缈的ESD”里面可知,ESD放电时的信号频率范围为几十Mhz到500Mhz),所以相当于短路了。 为此,我专门去看了下标准里面的ESD测试环境。ESD测试环境,在国标文件《GB/T17626.2-2018电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验.pdf》——对标IEC61000-4-2 中都有说明。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1721667831438_6sfjoo.jpg?imageView2/0)
有些兄弟可能对这个图不是很了解,这里我们先关注这几个东西:绝缘垫,水平耦合板,接地参考平板,木桌。网上找了个实物图如下:![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1721667833283_gv8c1c.jpg?imageView2/0)
我们在来回顾下电容的本质是什么?——电容的本质就是两个相互靠近的导体,中间夹一层绝缘介质,就构成了电容。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1721667832593_bgy023.jpg?imageView2/0)
我们的被测设备里面的PCB板,里面有我们定义的GND,它是一个有一定面积的导体,然后让它放置在绝缘垫上面,绝缘垫的下面就是一个巨大的金属板——水平耦合板(一个长1.2m,宽0.8m的金属板),这是另外一个导体,所以最它们会形成一个寄生电容。如此同时,地面又有一个更大的金属板,它与桌子上面的水平耦合金属板也构成了一个电容,最终简化下就变成了下面这样。
所以,对于非接GND的产品,可以看到,回路实际上是通过两个寄生电容构成的:1个是接GND参考平板和水平耦合金属平板;另外一个是水平耦合金属平板和产品本身的GND。 写到这里,我又想看下这个寄生电容大小到底是多大呢?接地参考平板和水平耦合金属平板的大小和距离标准文件里面都有,比较好计算,算一下大概是14.2pF。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1721667832393_z7a8s0.jpg?imageView2/0)
不过,另外一个电容就不太好计算了,因为这个跟被测产品强相关。我们假定一个场景先算看看吧:产品里面有一个10*10的PCBA,有完整的地平面,装配离地高度10mm处,同样道理计算寄生电容大小为8.854pF。 这两个电容是串联的关系,因此总的电容是:C=14.2pF串联8.854pF= 5.45pF。 即相当于我们在做ESD测试实验的时候,大地和产品GND接了一个5.45pF的电容,这个电容构成了我们的ESD放电回路。另外一个问题
可能有兄弟会说了,这个电容挺小啊,才几pF,就算可以把静电放电时的信号当作是交流,也不能当作是短路吧? 确实如此,前面说的,ESD放电的频谱大概是几十Mhz 到500Mhz,我们姑且范围是50Mhz ~500Mhz吧。根据阻抗Z=1/2πfC,5.45pF电容在50Mhz~500Mhz时的阻抗范围是:58.4Ω~584Ω 可以看到,电阻其实并不小,相对于ESD放电时,ESD枪的内阻300Ω数量级也差不多,仿真模型中直接忽略看作是短路确实准确性差了点。 总结
本文主要就一个兄弟提的问题,做了下思考,以及去查资料验证。解释了非接地的产品,尽管产品GDN和大地EGND没有通过物理导体连接在一起,但是其可以通过寄生电容耦合形成回路,也可以进行ESD放电。同时也可以看到,对应非接地的产品,仿真时直接假定产品GND和静电枪的GND接到一起,并不是特别合适。 另外,不了解ESD测试环境的同学,可以看下下面这个ESD测试实验的环境搭建视频: https://www.bilibili.com/video/BV1gZ4y147sK/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a559f135e6f1797789dd00a1ed110061 国标标准文件我放置到了网盘,有需要的找后台工作人员自提。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1721667833557_sscsmm.jpg?imageView2/0)
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首次发布时间:2024-08-04
最近编辑:1月前