ESD防护器件HMM和TLP测试方法及性能评价

人体–金属模型波形(HMM)和传输线脉冲(TLP)波形是静电放电防护器件测试时常用的注入波形。针对静电放电(ESD)防护器件,介绍了这2种波形的测试方法。通过对同一型号瞬态电压抑制器进行测量,获取器件的瞬态波形、钳位电压、损伤阈值、瞬态阻抗等特性参数,并对结果进行分析比较。测试结果表明,基于IEC标准的HMM测试所能得到的有效信息最少;基于TLP的HMM测试可直观得到被测器件的静电放电瞬态响应;TLP矩形波测试结果的稳定性好,测量参数的可重复性高。     

瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。     

聚合物ESD抑制器抑制特性的测试方法

为了消除静电放电时产生的辐射场对静电放电抑制器测试结果的影响,基于法拉第笼的屏蔽效应、依据国际电工委员会IEC61000-4-2标准和国军标GJB911-1990,利用静电放电模拟器和静电放电电流波形测试装置等设备,测试了某型号聚合物静电放电抑制器的抑制特性。测试结果表明,采用IEC61000-4-2标准规定的电流靶结合法拉第笼的方法,测试静电放电时通过抑制器的电流,能够保证电流波形不失真;而加在抑制器两端的电压,须使用有效带宽足够宽的电压探头配合示波器来测量,同时应尽可能消除静电放电时产生的辐射场对电压探头的影响。     

ESD脉冲对集成电路损伤效应的实验研究

为了研究复杂波形脉冲对集成电路的损伤效应,用改变ESD模拟器放电参数产生的不同的静电放电脉冲对某集成电路芯片进行了注入损伤效应实验。给出了各主要的损伤参数与放电电压的散点图,并借助曲线拟合的方法进行了分析。结果表明:IC芯片注入通路上的电阻在脉冲波形发生变化时变化不大,电流随放电电压增大;芯片上的峰值功率及峰值能量与放电电压满足P(W)=AUBD。最后,比较了各脉冲注入下器件的主要参数损伤阈值,得到结论:ESD模拟器放电参数改变对器件损伤阈值大小的影响在1~2倍间,相同参数在不同注入脉冲下的阈值处于同数量级。     

对空气式静电放电的研究

为改善空气放电模拟方法,用静电放电模拟测试装置研究了IEC标准规定的空气式静电放电的放电特性。通过手动方式使充电后的放电电极快速靠近电流靶获得空气静电放电事件,放电电压具有2~20 kV较宽范围的电压电平和正负电压极性。利用Agilent数字存储示波器测量了空气静电放电放电电流的上升时间、峰值以及耦合到自制的金属半圆环上的峰-峰值电压,并记录了放电电流和耦合电压的波形。通过分析和比较测量结果研究了测量参数随放电电平的变化趋势。空气放电电流的特性与静电放电抗扰度试验标准IEC 61000-4-2对接触式放电的规定类似,耦合电压与放电电压之间没有直接的相关性。实验表明在一定电压范围、电极速度可控时可能获得空气放电的重复性。     

静电放电抗扰度试验中放电电压对放电参数的影响

针对静电放电(electrostatic discharge,ESD)抗扰度测试中存在的重复性问题,利用建立的ESD模拟测试系统,试验研究了接触式静电放电和非接触式静电放电(又称空气式静电放电)这2种放电模式下的放电参数,比如放电电流、上升时间、半圆环天线上的耦合电压等随放电电压的变化关系。结果表明:接触式静电放电模式下,放电参数与放电电压呈现很好的线性关系,放电参数随着放电电压的增大而呈现增大趋势,基于这种线性关系建立了ESD模拟器的严酷度模型;非接触式静电放电模式下,放电参数与放电电压关系复杂,当放电电压较低时,放电电流和耦合电压随着放电电压的增大而呈现增大趋势,上升时间最初基本保持不变,随后也呈现增大趋势,当放电电压增大到一定值时,随着放电电压的进一步增大,放电参数呈现下降趋势。上述结果说明,放电电压在静电放电抗扰度试验中起着重要作用,在进行电子设备的静电放电抗扰度试验时,既要注重放电模式的选择,又要注重所选放电模式下放电电压的使用范围。     

基于PLC的静电放电试验系统的设计

设计了基于可编程控制器(PLC)的静电放电实验系统,对静电保护器件压敏电阻进行静电放电自动测试。首先根据IEC61000-4-2标准,设计静电放电发生源回路,选择可控放电频率的转盘式放电开关和具有纳秒级响应时间和集肤效应小的鼠笼式分流器。其次设计由工控机、示波器、PLC、触摸屏等组成的控制系统,开发相应的控制软件及数据处理系统,实现静电放电自动测试。最后选用不同等级的压敏电阻作为测试对象,对测试装置进行实验验证,结果表明,研究开发的静电放电自动测试装置可以满足压敏电阻静电放电测试的要求,对压敏电阻静电防护的研究具有重要意义。     

寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响

双脉冲测试是评估器件动态特性的重要手段.测试电路的寄生参数将对测试结果产生直接影响.基于双脉冲测试平台,研究并评估寄生电感对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)开关损耗测量的影响.首先,用低感电阻替换测试电路中的续流二极管,通过对母线电容放电状态下的电压和电流波形进行高阶多项式拟合,计算得到双脉冲测试电路主回路的寄生参数.其次,通过调整主回路跳线接口处的空心小电感感值,获得不同主回路寄生电感值的双脉冲测试电路.最后,对比分析了不同电压电流测试条件下寄生电感对开关损耗测量的影响.研究结果表明:随着主回路寄生电感的增大,在开通阶段漏源电压下降变快,开通损耗随之减小;而在关断阶段漏源电压过冲增大,关断损耗随之增大,总开关损耗几乎不变.     

介质阻挡放电电参数计算软件设计及应用

介质阻挡放电是产生低温等离子体的一种重要方法,其应用近年来受到关注。笔者基于介质阻挡放电中经常测量的电压和电流,设计用于介质阻挡放电实验的人机界面,有利在不同的外电压波形、阻挡介质参数、间隙距离等条件下的大量实验数据的分析和计算,得到介质阻挡放电相关的气隙电压、电流及放电功率、电荷量等参数。最后利用交流和脉冲条件下介质阻挡放电的实验波形对其进行了测试。     

静电放电对 PCB 轨线耦合的实验及仿真研究

印刷电路板(printed circuit board,PCB)易受到静电放电的危害,继而影响电子产品的正常使用。为了获得PCB的静电放电能量耦合规律,对简化的PCB进行静电放电测试。通过对PCB轨线上的耦合电压的测量,研究了放电位置、轨线特性及放电电压对静电放电电磁场耦合的影响。测试结果表明,放电位置、轨线宽度、长度和端接电阻会影响耦合电压的大小和变化趋势,放电电压和耦合电压呈现良好的线性关系。同时,根据在电磁仿真软件(compilation simulation technology microwave studio,CST-MWS)中建立的全波模型,从仿真的角度进一步论证了测试结果。研究结果对PCB电磁兼容设计具有一定指导意义。     

正极性单点电晕放电可听噪声时域波形拟合及分析

基于实验室搭建的可听噪声时域测试平台,获得了正极性单点电晕放电产生可听噪声的时域波形。根据可听噪声时域波形的脉冲特性,提出了采用分段双指数函数来拟合单个可听噪声时域脉冲波形的经验波形,通过在时域和频域上对拟合结果和测量结果的对比研究,验证了所提出拟合波形的合理性。最后,基于长时间可听噪声时域测试结果分析了不同电压下分段双指数函数中的拟合参数和可听噪声波形参数的统计特性。实验结果表明,由于电晕放电的随机性,在同一电压下脉冲波形参数及波形拟合参数具有较大的波动性;可听噪声脉冲的时间间隔随着电压的增加有所降低,而脉冲宽度及视在持续时间在不同电压下变化不大。     

静电放电和方波EMP对微电子器件的效应

为了得到微波低噪声晶体管电磁脉冲的最灵敏端对和最敏感参数以及相关规律和器件的损伤/失效机理和模式,首先采用静电放电人体模型(HBM),针对两类硅晶体三极管(3DG218、3358)进行了静电放电敏感性相关实验,得到该类晶体管的ESD敏感端对是CB结;器件损伤时的灵敏参数是VBRCEO;又采用方波注入法对两晶体管进行实验比较了从CB结反向注入与从EB结反向注入的损伤电压值,发现该类器件的EMP最敏感端对是CB结而非以往人们认为的EB结。     

固定间隙的空气式静电放电

为更好地研究空气式静电放电,利用新型ESD模拟测试系统研究了固定间隙的空气式静电放电特性。在较宽范围的电压电平下,用数字存储示波器测量放电电流的上升时间、峰值、自制金属半圆环上的耦合电压峰-峰值,并记录了放电电流和耦合电压的波形。分析测量结果及其与放电电压和放电间隙之间的变化关系,可知在一定的间隙间距上,放电电流随着放电电压的增大而增大,高压放电也能产生上升沿比较陡的电流脉冲;在一定的放电电压下,存在着一个放电间隙间距使得放电电流峰值最大或耦合电压最大;不同电压下的频谱分布和能量分布不一样。     

采用时变电阻的水下高压放电模型

水下高压脉冲放电过程中的瞬态物理现象非常复杂,放电通道等效电阻从放电初期的kΩ量级到中期的mΩ量级,为一时变参数。若在仿真计算中将它看作常数,则计算得到的放电电流在峰值和振荡周期上均与实验结果相差较大。为尽可能真实地反映放电特性,建立了放电水间隙时变等效电阻R(t),推导了等效放电回路方程,利用有限差分法进行求解,得出放电电流和放电电压的表达式,并将仿真波形与实验测量得到的放电电流和放电电压的波形进行了对比分析。结果表明,在放电电极时变等效模型基础得到的仿真结果相对于常数等效电阻的仿真结果,更接近实验结果,同时显示出有限差分方法在求解放电回路变系数微分方程时的有效性。     

空气式静电放电的实验分析

针对国际电工委员会标准IEC 61000-4-2静电放电抗扰度试验方法存在的问题,对空气式静电放电进行实验研究.利用新型静电放电(ESD)模拟测试系统,在较宽范围的电压电平下,用数字存储示波器对放电电流的上升时间、峰值、自制金属半圆环天线上的耦合电压峰一峰值进行测量.测量结果的分析表明:不同空气湿度下的ESD特性存在着...     

英飞凌推出面向低电压应用的防静电二极管

近期,英飞凌科技发布了一系列可用于改善静电防护性能的TVS(瞬态电压抑制)二极管。静电放电(ESD)可能对敏感的消费电子系统造成损害。全新±3.3V双向二极管系列拥有行业领先的箝位电压和静电吸收率,可以防止电尖峰脉冲对系统的音频输入端口或触屏接口电路等部位造成冲击。TVS二极管对有潜在破坏性的静对地强制放电,从而避免损害脆弱的系统元件,实现静电防护。这一应用的关键性能要求包括,快速响应时间、快速恢复时间,以     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

非理想正激变换器的负载瞬态建模与分析

负载瞬态响应是DC/DC变换器设计中的重要指标,通常在基于理想模型的计算中难以准确预估,从而导致调试时发生器件过压损坏。在考虑了主要寄生参数后,对峰值电流模式正激(PCMF)变换器的功率级进行非理想建模。根据非理想小信号模型推导出了控制-输出传递函数与输出阻抗的非理想表达式。然后给出了负载瞬态下过冲电压与恢复时间的表达式,并根据100 W/15 V原理样机的电参数进行了瞬态参数计算。对原理样机进行波形测试,得到穿越频率、相位裕度、过冲电压、恢复时间等参数,与计算值吻合较好,证明了该模型的精确性与推导的正确性。     

大气压介质阻挡辉光放电等效电容及对放电参数的影响

等效电容是研究大气压介质阻挡放电的基本参数。按定义式计算电容值由于没有考虑杂散电容以及外加电压参数的影响,用于计算介质阻挡放电参数不够准确。丝状放电规则的平行四边形Lissajous图,在一定假设条件下可计算介质阻挡放电的等效电容,但大气压辉光放电是不规则平行四边形。此外,计算放电参数必须用同一电压下的回路电流和等效电容,但是测量回路电流就无法同时测量Lissajous图形。为此,基于大气压氦气介质阻挡辉光放电试验测量的外加电压和回路电流,提出了该外加电压下Lissajous图形的计算方法。基于该图形,提出了大气压辉光放电时等效电容计算方法:简化法和分段法。根据计算结果,研究了等效电容对计算放电参数的影响。研究结果表明,计算法得到的Lissajous图形反映了放电过程;简化法比定义计算法得到的等效电容用于计算放电参数更接近真实放电过程,而分段法可用于探讨放电过程中瞬态等效电容的变化;等效电容对计算放电电压和电流影响很大。     

静电放电的简化放电模型

分析了静电电磁兼容问题中的一个重要部分：放电电流及其产生的瞬态电磁场;针对在研究抗静电干扰措施时,复杂的放电模型参数难以获得的问题,提出了一种简化的放电模型,给出的放电电流波形的要求;利用电磁瞬态程序EMTP对该简化模型进行近似计算,并对通过该模型计算出的放电电流进行时域、频域分析。