Teste de imunidade à descarga eletrostática (ESD) para IEC EN 61000-4-2

1. Contramedidas e medidas de retificação para problemas comuns em testes de imunidade ESD
1.1 O mecanismo de formação de descarga eletrostática e seus danos aos produtos eletrônicos
A eletricidade estática é formada pelo acúmulo de cargas positivas e negativas em dois objetos quando duas substâncias com diferentes constantes dielétricas se esfregam. No que diz respeito ao corpo humano, a eletricidade estática gerada pelo atrito entre a roupa e a pele é um dos principais motivos da eletrificação do corpo humano. Quando uma fonte eletrostática está em contato com outros objetos, há um fluxo de carga para neutralizar a tensão. A transmissão dessa energia de alta velocidade gerará tensões, correntes e campos eletromagnéticos potencialmente prejudiciais, o que é descarga eletrostática.

Na produção e uso de produtos eletrônicos, o operador é a fonte mais ativa de eletricidade estática, podendo acumular uma certa quantidade de carga. Quando o corpo humano toca os componentes e dispositivos ligados à terra, descarga eletrostática será gerado. A descarga eletrostática é geralmente representado por ESD. A descarga eletrostática ocorre quando componentes e dispositivos conectados ao terra são tocados. A descarga eletrostática é geralmente representado por ESD. ESD pode causar sérios danos ou mau funcionamento do equipamento eletrônico.

A maioria dos dispositivos semicondutores é facilmente danificada por descarga eletrostática, especialmente os dispositivos LSI são mais frágeis. Existem dois tipos de danos causados ​​pela eletricidade estática ao dispositivo, explícitos e implícitos. Danos ocultos não eram visíveis na época, mas o dispositivo tornou-se mais frágil e facilmente danificado sob condições como sobretensão e alta temperatura.

Os dois principais mecanismos de dano ESD são falhas térmicas do dispositivo devido ao calor gerado pelo ESD ruptura de corrente e isolamento devido à alta tensão induzida por ESD. Além de causar facilmente danos ao circuito, a ESD também pode interferir nos circuitos eletrônicos. Existem duas maneiras de interferir ESD circuitos.

Um deles é o método de condução. Se uma determinada parte do circuito forma um caminho de descarga, ou seja, o ESD está conectado ao circuito no dispositivo, e o ESD a corrente flui através da extremidade de entrada do chip integrado, causando interferência.

Outra forma de ESD interferência é interferência irradiada. Ou seja, uma corrente de pico é gerada juntamente com faíscas durante descarga eletrostática, e esta corrente contém componentes de alta frequência abundantes. Isso produz um campo magnético irradiado e um campo elétrico, que pode induzir forças eletromotrizes interferentes em vários circuitos de sinal de circuitos próximos. É provável que a força eletromotriz de interferência exceda o nível limite do circuito lógico, causando falsos disparos. A magnitude da interferência irradiada também depende da distância do circuito do ponto de descarga eletrostática. O campo magnético produzido por ESD decai com o quadrado da distância. . O campo elétrico produzido por ESD decai ao cubo com a distância. Quando a distância está próxima, tanto o campo elétrico quanto o campo magnético são fortes. Quando ESD ocorre, os circuitos em locais próximos são geralmente afetados.

ESD No campo próximo, o modo básico de acoplamento radiativo pode ser capacitivo ou indutivo, dependendo da impedância do ESD fonte e receptor. No campo distante, há acoplamento de campo eletromagnético.

A frequência máxima de energia de interferência eletromagnética (EMI) relacionada a ESD pode exceder 1 GHz. Nessa frequência, cabos de equipamentos típicos ou até mesmo traços de placas impressas podem se tornar antenas de recepção muito eficazes. Assim, para equipamentos eletrônicos analógicos ou digitais típicos, ESD induz altos níveis de ruído.

De um modo geral, para causar danos, ESD as faíscas devem entrar em contato direto com os fios do circuito, e o acoplamento radiativo geralmente só causa mau funcionamento.

Sob o efeito de ESD, os dispositivos no circuito são mais vulneráveis ​​à condição energizada do que à condição desenergizada.

2. Teste de descarga eletrostática e requisitos relacionados de produtos eletrônicos
Os requisitos para o Teste de imunidade ESD são diferentes para padrões de produtos eletrônicos com diferentes ambientes de uso, diferentes usos e diferentes sensibilidades ESD, mas a maioria desses padrões refere-se direta ou indiretamente a GB/T17626.2- 1998 (id. IEC 61000-4-2:1995): “Teste de imunidade à descarga eletrostática de Teste de Compatibilidade Eletromagnética e Tecnologia de Medição”, o padrão básico nacional para compatibilidade eletromagnética, e o teste é realizado de acordo com o método de teste. A seguir apresenta-se brevemente o conteúdo, os métodos de teste e os requisitos relacionados da norma.

2.1 Objetos de teste:
Esta norma abrange dispositivos, sistemas, subsistemas e equipamentos externos em descarga eletrostática ambientes e condições de instalação.

2.2 Conteúdo do testet:
Existem várias causas de descarga eletrostática, mas esta norma descreve principalmente o acúmulo de eletricidade estática pelo operador através de fatores como atrito sob condições de baixa umidade. Requisitos de imunidade e métodos de teste para equipamentos eletrônicos e elétricos sujeitos a descarga eletrostática diretamente do operador e de objetos adjacentes.

2.3. Objetivos de teste:
Teste a capacidade de um único dispositivo ou sistema de resistir à interferência eletrostática. Simula: (1) a descarga do operador ou objeto ao tocar o equipamento. (2) Descarga de uma pessoa ou objeto para um objeto adjacente.

2.4. Método do experimento:
Existem dois métodos de teste especificados nesta norma: método de descarga por contato e método de descarga de ar. A descarga de contato é o método de teste preferido, e a descarga de ar é usada onde a descarga de contato não pode ser usada.

Método de descarga de contato: Um método de teste no qual os eletrodos do gerador de teste são mantidos em contato com o equipamento em teste e a descarga é excitada pelo interruptor de descarga no gerador.

Método de descarga de ar: Um método de teste no qual o eletrodo de carga do gerador de teste é aproximado do dispositivo em teste e o dispositivo em teste é excitado para descarregar por uma faísca.

2.5 Ambiente de teste:
Esta norma especifica as condições ambientais para descarga de ar:
Temperatura ambiente: 15℃~35℃, umidade relativa: 30%~60%RH, pressão atmosférica: 86kPa~106kPa
A norma não especifica condições ambientais específicas para descargas de contato.

2.6. Implementação de teste:
Local de execução: A descarga direta é aplicada nos pontos ou superfícies que o operador pode tocar durante o uso normal do equipamento em teste; a descarga indireta é aplicada na placa de acoplamento horizontal e na placa de acoplamento vertical.

A descarga direta simula a descarga eletrostática que ocorre quando um operador faz contato direto com o dispositivo em teste. As descargas indiretas descarregam as placas de acoplamento horizontal e vertical, simulando o que acontece quando um operador descarrega objetos colocados ou instalados próximos ao dispositivo em teste.

Quando a descarga direta, a descarga por contato é a forma preferida; apenas em locais onde a descarga de contato não pode ser usada (como a superfície é revestida com uma camada isolante, lacunas de teclado de computador, etc.), a descarga de entreferro (ar) é usada em vez disso. Descarga indireta: escolha o método de descarga por contato.

A tensão de teste deve ser aumentada gradualmente até o valor especificado de baixo para alto.
Diferentes padrões de produtos ou famílias de produtos podem ter disposições específicas para a implementação de testes de acordo com as características do produto.

2.7 resultados de teste:
Se o teste de descarga eletrostática falhar, as seguintes consequências podem ocorrer:
(1) Danos a dispositivos semicondutores são causados ​​diretamente pela troca de energia.
(2) O campo elétrico e o campo magnético causados ​​pela descarga mudam, resultando no mau funcionamento do equipamento.

3. Contramedidas de descarga eletrostática e pontos de melhoria para produtos eletrônicos:
Há muitas maneiras de reduzir o impacto da interferência eletromagnética (EMI) gerada por ESD em um produto ou dispositivo eletrônico: bloqueando completamente a geração de ESD, impedindo que a EMI (especificamente EMI devido a ESD neste artigo) se acople ao circuito ou dispositivo e aumentando a EMI inerente do dispositivo através do processo de design. Imunidade ESD.

ESD geralmente ocorre em objetos condutores aos quais o próprio produto está exposto, ou em objetos condutores adjacentes. Para equipamentos, as partes que são propensas a descarga eletrostática são: cabos, teclados, estruturas metálicas expostas e furos, furos e folgas na carcaça do equipamento.

Um método de melhoria comum é configurar circuitos de proteção contra transientes entre a ocorrência de ESD do produto ou o ponto de perigo de intrusão, como o ponto de entrada e o terra, esses circuitos só funcionam quando a tensão induzida por ESD excede o limite. O circuito de proteção pode incluir uma pluralidade de unidades de derivação de corrente.

Há uma variedade de circuitos que podem atingir a finalidade de proteção ESD, mas os seguintes princípios devem ser considerados na seleção e uma compensação entre desempenho e custo: a velocidade é rápida, o que é determinado pelas características da interferência ESD; pode lidar com a passagem de grande corrente; considere A tensão transiente ocorrerá nas polaridades positivas e negativas; os efeitos capacitivos e resistivos do aumento do sinal são controlados dentro da faixa permitida; fatores de volume são considerados; fatores de custo do produto são considerados.

4. Diretrizes Gerais de Contramedidas ESD:
(1) Adicionar diodos de proteção a dispositivos CMOS e MOS suscetíveis;
(2) Coloque dezenas de resistores de ohm ou contas de ferrite na linha de transmissão suscetível (incluindo o fio terra);
(3) Usando a tecnologia de revestimento de superfície de proteção eletrostática para dificultar a descarga de ESD no núcleo, o que provou ser muito eficaz;
(4) Tente usar cabos blindados;
(5) Instale o filtro na interface suscetível; isole a interface sensível onde o filtro não pode ser instalado;
(6) Selecione um circuito lógico com baixa frequência de pulso;
(7) Escudo do casco e bom aterramento

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