Inmunidad a descargas electrostáticas (ESD) Pruebas según IEC EN 61000-4-2

1. Contramedidas y medidas de rectificación para problemas comunes en las pruebas de inmunidad ESD
1.1 El mecanismo de formación de descargas electrostáticas y su daño a los productos electrónicos
La electricidad estática se forma por la acumulación de cargas positivas y negativas en dos objetos cuando dos sustancias con diferentes constantes dieléctricas se frotan entre sí. En lo que al cuerpo humano se refiere, la electricidad estática generada por el roce entre la ropa y la piel es una de las principales causas de la electrificación del cuerpo humano. Cuando una fuente electrostática está en contacto con otros objetos, hay un flujo de carga para contrarrestar el voltaje. La transmisión de esta energía de alta velocidad generará voltajes, corrientes y campos electromagnéticos potencialmente dañinos, lo cual es descarga electrostática.

En la producción y uso de productos electrónicos, el operador es la fuente más activa de electricidad estática y puede acumular una cierta cantidad de carga. Cuando el cuerpo humano toca los componentes y dispositivos conectados a tierra, descarga electrostática será generado La descarga electrostática generalmente está representado por ESD. La descarga electrostática ocurre cuando se tocan componentes y dispositivos conectados a tierra. La descarga electrostática generalmente está representado por ESD. ESD puede causar daños graves o mal funcionamiento de los equipos electrónicos.

La mayoría de los dispositivos semiconductores se dañan fácilmente con descarga electrostática, especialmente los dispositivos LSI son más frágiles. Hay dos tipos de daños causados ​​por la electricidad estática al dispositivo, explícitos e implícitos. El daño oculto no era visible en ese momento, pero el dispositivo se volvió más frágil y se dañó fácilmente en condiciones como sobretensión y alta temperatura.

Los dos principales mecanismos de daño de ESD son fallas térmicas del dispositivo debido al calor generado por el ESD ruptura de corriente y aislamiento debido al alto voltaje inducido por ESD. Además de dañar fácilmente los circuitos, la ESD también puede interferir con los circuitos electrónicos. Hay dos maneras de interferir con ESD circuitos.

Uno es el método de conducción. Si cierta parte del circuito forma un camino de descarga, es decir, el ESD está conectado al circuito en el dispositivo, y el ESD la corriente fluye a través del extremo de entrada del chip integrado, causando interferencia.

Otra forma de ESD la interferencia es interferencia radiada. Es decir, se genera un pico de corriente junto con chispas durante descarga electrostática, y esta corriente contiene abundantes componentes de alta frecuencia. Esto produce un campo magnético radiado y un campo eléctrico, que pueden inducir fuerzas electromotrices que interfieren en varios bucles de señal de circuitos cercanos. Es probable que la fuerza electromotriz de interferencia supere el nivel de umbral del circuito lógico, provocando una activación falsa. La magnitud de la interferencia radiada también depende de la distancia del circuito desde el punto de descarga electrostática. El campo magnético producido por ESD decae con el cuadrado de la distancia. . El campo eléctrico producido por ESD decae al cubo con la distancia. Cuando la distancia es cercana, tanto el campo eléctrico como el magnético son fuertes. Cuando ESD ocurre, los circuitos en lugares cercanos generalmente se ven afectados.

ESD En el campo cercano, el modo básico de acoplamiento radiativo puede ser capacitivo o inductivo, dependiendo de la impedancia del ESD fuente y receptor. En el campo lejano, hay acoplamiento de campo electromagnético.

La frecuencia máxima de energía de interferencia electromagnética (EMI) relacionada con ESD puede superar 1 GHz. A esta frecuencia, los cables de equipos típicos o incluso las huellas de placas impresas pueden convertirse en antenas receptoras muy eficaces. Por lo tanto, para equipos electrónicos analógicos o digitales típicos, ESD induce altos niveles de ruido.

En términos generales, para causar daño, ESD las chispas deben hacer contacto directo con los cables del circuito, y el acoplamiento radiativo generalmente solo causa un mal funcionamiento.

Bajo el efecto de ESD, los dispositivos en el circuito son más vulnerables a la condición energizada que a la condición no energizada.

2. Prueba de descarga electrostática y requisitos relacionados de productos electrónicos.
Los requisitos para la Prueba de inmunidad ESD son diferentes para los estándares de productos electrónicos con diferentes entornos de uso, diferentes usos y diferentes sensibilidades ESD, pero la mayoría de estos estándares se refieren directa o indirectamente a GB/T17626.2- 1998 (idt IEC 61000-4-2:1995): “Prueba de inmunidad de descarga electrostática de tecnología de prueba y medición de compatibilidad electromagnética”, el estándar nacional básico para la compatibilidad electromagnética, y la prueba se lleva a cabo de acuerdo con el método de prueba. A continuación se presenta brevemente el contenido, los métodos de prueba y los requisitos relacionados de la norma.

2.1 Objetos de prueba:
Esta norma cubre dispositivos, sistemas, subsistemas y equipos externos en descarga electrostática ambientes y condiciones de instalación.

2.2 Contenido de pruebat:
Hay varias causas de descarga electrostática, pero esta norma describe principalmente la acumulación de electricidad estática por parte del operador a través de factores como la fricción en condiciones de baja humedad. Requisitos de inmunidad y métodos de prueba para equipos electrónicos y eléctricos sujetos a descargas electrostáticas directamente del operador y de objetos adyacentes.

2.3. Propósitos de la prueba:
Pruebe la capacidad de un solo dispositivo o sistema para resistir la interferencia electrostática. Simula: (1) la descarga del operador u objeto al tocar el equipo. (2) Descarga de una persona u objeto a un objeto adyacente.

2.4. Método de experimento:
Hay dos métodos de prueba especificados en esta norma: método de descarga por contacto y método de descarga por aire. La descarga por contacto es el método de prueba preferido, y la descarga por aire se usa donde no se puede usar la descarga por contacto.

Método de descarga por contacto: método de prueba en el que los electrodos del generador de prueba se mantienen en contacto con el equipo bajo prueba y la descarga es excitada por el interruptor de descarga en el generador.

Método de descarga de aire: un método de prueba en el que el electrodo de carga del generador de prueba se acerca al dispositivo bajo prueba y el dispositivo bajo prueba se excita para que se descargue mediante una chispa.

2.5 Entorno de prueba:
Esta norma especifica las condiciones ambientales para la descarga de aire:
Temperatura ambiente: 15℃~35℃, humedad relativa: 30%~60%HR, presión atmosférica: 86kPa~106kPa
La norma no especifica condiciones ambientales específicas para descargas por contacto.

2.6. Implementación de prueba:
Sitio de implementación: La descarga directa se aplica a los puntos o superficies que el operador pueda tocar durante el uso normal del equipo bajo prueba; la descarga indirecta se aplica a la placa de acoplamiento horizontal ya la placa de acoplamiento vertical.

La descarga directa simula la descarga electrostática que ocurre cuando un operador hace contacto directo con el dispositivo bajo prueba. Las descargas indirectas descargan las placas de acoplamiento horizontal y vertical, simulando lo que sucede cuando un operador descarga objetos colocados o instalados cerca del dispositivo bajo prueba.

Cuando la descarga directa, la descarga por contacto es la forma preferida; solo en lugares donde no se puede usar la descarga de contacto (como cuando la superficie está recubierta con una capa aislante, espacios para teclados de computadora, etc.), se usa la descarga de espacio de aire (aire) en su lugar. Descarga indirecta: elija el método de descarga por contacto.

El voltaje de prueba se incrementará gradualmente hasta el valor especificado de menor a mayor.
Diferentes normas de productos o familias de productos pueden tener disposiciones específicas para la implementación de pruebas de acuerdo con las características del producto.

2.7 Resultados de la prueba:
Si prueba de descarga electrostática falla, pueden ocurrir las siguientes consecuencias:
(1) El daño a los dispositivos semiconductores es causado directamente por el intercambio de energía.
(2) El campo eléctrico y el campo magnético causado por el cambio de descarga, lo que resulta en el mal funcionamiento del equipo.

3. Contramedidas de descarga electrostática y puntos de mejora para productos electrónicos.:
Hay muchas maneras de reducir el impacto de la interferencia electromagnética (EMI) generada por ESD en un producto o dispositivo electrónico: bloqueando completamente la generación de ESD, evitando que EMI (específicamente EMI debido a ESD en este artículo) se acople al circuito o dispositivo, y aumentando la EMI inherente del dispositivo a través del proceso de diseño. Inmunidad ESD.

ESD generalmente ocurre en objetos conductores a los que está expuesto el producto mismo, o en objetos conductores adyacentes. Para el equipo, las partes que son propensas a descargas electrostáticas son: cables, teclados, marcos de metal expuestos y agujeros, agujeros y espacios en la carcasa del equipo.

Un método de mejora común es configurar circuitos de protección contra transitorios entre la ocurrencia de ESD del producto o el punto de peligro de intrusión, como el punto de entrada y la tierra, estos circuitos solo funcionan cuando el voltaje inducido por ESD excede el límite. El circuito de protección puede incluir una pluralidad de unidades de derivación de corriente.

Existe una variedad de circuitos que pueden lograr el propósito de la protección contra ESD, pero se deben considerar los siguientes principios al seleccionarlos y una compensación entre rendimiento y costo: la velocidad es rápida, lo cual está determinado por las características de la interferencia de ESD; puede hacer frente al paso de grandes corrientes; considere El voltaje transitorio ocurrirá en polaridades tanto positivas como negativas; los efectos capacitivos y resistivos del aumento de la señal se controlan dentro del rango permitido; se consideran factores de volumen; Se consideran los factores de costo del producto.

4. Pautas generales de contramedidas de ESD:
(1) Agregue diodos de protección a los dispositivos CMOS y MOS susceptibles;
(2) Coloque resistencias de decenas de ohmios o perlas de ferrita en la línea de transmisión susceptible (incluido el cable de tierra);
(3) Usar tecnología de recubrimiento de superficie de protección electrostática para dificultar que ESD descargue el núcleo, lo que ha demostrado ser muy efectivo;
(4) Trate de usar cables blindados;
(5) Instale el filtro en la interfaz susceptible; aislar la interfaz sensible donde no se puede instalar el filtro;
(6) Seleccione un circuito lógico con baja frecuencia de pulso;
(7) Escudo de carcasa y buena puesta a tierra.

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