美国标准学会新静电放电标准
一种合理的静电放电（ESD）新标准现在已被提出，这种标准避免了符合现在正广泛应用的IEC1000-4-2静电放电标准的不同的静电放电模拟器间测量结果的不一致性。现在的静电放电标准存在一些缺陷，它们是对作为预充电电压函数的峰值电流仅能进行有限控制，校准目标的带宽不恰当，没有对同类试验放电电流及其产生的E场，H场差异作出说明。针对于不同的用户产品，信息技术设备（ITE）和电讯设备，给出了专门的ESD测量方法和限值。
9 h: f+ h._ L ANSI C63ESD WG正在开发一种新的系统级的ESD标准，来替代ANSIC63.16ESD测量方法导则和标准[1]。这种新标准的主要目的是克服包括IEC 1000-4-2[2]在内的已有的ESD标准的缺陷。
7 b8 R2 l% f _) i- p. [} 现在的ESD标准是建立在测量技术中的技巧和ESD现象在特定时期的工业理解之上的，人们为提高电子设备对于ESD的抗干扰性已做了很多工作。IEC和ANSI自开发以来能很好地适用于许多类产品，他们也证实了的确需要ESD标准。8 i" n;|- i S/ s- V9 h }* S7 H& o
然而，我们为什么还需要一种新的系统级的静电放电标准呢？几种主要的原因如下：+ e( `" N3 u8 w! c y
1、 现有的标准，如IEC1000-4-2，对一些产品已经形成了不确定的抗干扰结果。 m2 E'y7 K% f+ e0 A
2、 在关于系统级的ESD代ESD代IEC标准确立以来的几年中，电子产品发生了很大的变化。时钟的速度已经增加了十倍；集成电路在尺寸上戏剧般得变小而在集成度和复杂性上增加了许多；微处理器现在已处于十年前想都敢想的地位。所有这些导致了产品对ESD更加敏感，而且安装在环境中的ESD敏感装置应具有不同ESD的特性。我们现在已有的产品在ESD某些方面非常敏感但现有标准对其未进行规定，也没有严格的控制。例如放电电流的振荡或者瞬态电磁场。# g; q"S& Z. q) y1 n5 S
3、 随着ESD敏感性产品的开发，测量技术也在有了这些标准后进行了充分地发展，而且理论上的分析也使人们对ESD现象有了更深的理解。带宽为5到10GHz的数字示波器特特很容易得到，而以前的带宽为1GHz。这些仪器就使人们对ESD现象有了更深的了解：上升时间是，在初的峰值后又发生了什么，当前的振荡频率是，等等。
4 M& l x/ {- P: e1 x( A2]一个新的静电放电标准的合理性
* n8 l/ S9 f& k V' n( p"h. d* k 电子工业以快速的步伐前进，ESD标准更需要发展而且得紧跟上工业的发展。我们所关心的大体包括以下目前ESD存在缺陷的区域。
7 { ]+ ~0 P' I.| 1、按照IEC1000-4-2标准做的不同的ESD模拟器测量结果是不相同的。Ken Hall[3]曾叙述了一个例子，在他的实验中他利用模拟器A通过了产品1而用模拟器B却不能，同理，模拟器B能通过了产品2而A不能。显然，这些产品对于没有完全控制的模拟器特性有不同的响应。
- O) v4 k* D: e( f: a% o1 N3H 2、产品即使能通过实验室中ESD测试，但是在正常的操作环境中也不可避免地要失效。这可能是由众多的原因中的某些所引起的，这些原因包括可能有把足够的ESD事件施加于产品，从而影响结果也没有产生恰当的电压来模拟实际现象中ESD冲击。5 x8 `9Q5 t6 R; Y( h0 y4 G3 V3 n
3、 在不同的时间或地点或由不同的测量人员所进行的测量，即使表面上的条相同，其测量结果也不会相同。
% a( m1 x9 [0n4、 随着基于微处理器的产品猛增，就急需一种针对于产品的新ESD测量方法，测量限值和性能准则。便携式电子设备（如掌上电脑，寻呼机，便携式电话，个人管理器）需要一致可靠的测量方法。，消费者需要评估他们的电子设备（电视，录像机，CD机，电子游戏机）和白色物品（洗 衣机，甩干机，洗碗机）对ESD的抗干扰能力，但现在却不存在这样的工业标准。家具ESD，没有接触金属的人体ESD，汽车产品ESD地，空间ESD，军事设备ESD，制造业中的装卸和封装ESD和医学设备ESD，这些虽然都很重要，但是，为了使现有标准更易执行，ANSI却不考虑这些。
% q4 y+ a; ' + J. E( m5 C# v0{ 现在，让我们来分析一下需要找出的ESD标准中的不足并分析新标准又是怎样消除它们的。- s% h:D8 c. b* u i" f
现有的ESD标准的缺陷%c& ]% c& ?/ Y7 w. N3 O' p3 V
当人持有金属物体站在地面上时，人体的小信号阻抗从1MHz下的3K欧姆到1GHz以上的50欧姆呈现非线性变化。为了写人体ESD良好的适应，这种阻抗可用分离元件和传输来等效。这种等效模型对于理解ESD现象和模拟器的设计是很有帮助的，然而，新ANSI标准却没有应用这种ESD等效模型。这是因为即使对于相同的模拟器，其等效电路不管是简单型的还是复杂型的测量结果也是复杂多变的。新ANSI ESD标准给出了模拟器的要求却没有给出其设计。3 N/ ]-e _3 N# D5 H. P% f
ESD峰值电流当一小片金属与人手接触产生弧光时，就会产生人体ESD大值。这种放电电流的峰值幅度是金属物体尺寸函数。当手接触一块小金属时，所产生的放电电流的峰值是接触大金属物体的20％。不过，为保证能进行重复测量和原标准中规定是一致的ANSI模拟器放电末端。 - H3 m9C) ?0 a6 Q6 D: u9 s0 t
小阻抗物体中的峰值电流（A）是模拟器预加电压（KV）的函数。模拟器电压为5KV时在空气放电中，新ANSI标准中的A/KV就等于4。然而，在实际的人体放电中，A/KV的比值并不是对所有的电压恒定。例如，在12KV时，A/KV的值为12，这是现在的ESD标准的2倍。空气放电模拟器中存在A/KV的一些非线性关系，而在接触式ESD模拟器当中，A/KV的比值对于所有的预加电压都是恒定不变的。
' d c9 w z- c ) N2 J0| 接触式放电模拟器也存在恒定的电流上升时间，它与实际人体放电中的所带电压没有任何关系。对于合适的EUT测量，当预加电压为6KV时，接触式模拟器的A/KV值通常已被选定了。 O! _ g& w N8 e2 [/ B# I6 K
ESD校准目标8 O* B"`: b/ j7 K1 R) {# [ G( z* s
ESD模拟器中的输出电流的指标依赖于校准目标和测量设备（特别是示波器）脉冲响应。人们已经发现，在ESD标准中，当频率为2GHz以上或上升时间低于十亿分秒时，现在广泛应用的目标不能正确地测量出输出电流。为了消除这些问题，在5GHz以上具有频率平坦响应的新目标已在新ANDI ESD标准做了详细的说明[5].
. }. L j3 E& O3aESD振荡电流% Z5~& g* V% f' [+ K* t
在具有确定的上升时间、接触式模拟器且峰值电流对于预加电压呈线性的情况下，振荡电流的上升时间应为4A/ns-kV。
: u* j" G* p" w!o 对于两个按照IEC1000-4-2的要求所做的商业模拟器而言，其峰值电流是相同的。振荡电流（di/dt）在波形前沿中的差异是150％，在波形后沿中的差异是300％。有些EUT（实验中的设备）对振荡电流是很敏感的。这些差异就命名利用哪个模拟器成为EUT/失败的重要前提[7]。Hyatt曾做过研究[8]，不管预加电压和用模拟器，只要模拟器的di/dt出了EUT灵敏度的门限，每次实验都失败了；反之，di/dt在门限以下，实验就会。
" u8 l ]4 G1 }* B1D T 现在的ESD标准没有对振荡电流的限制作详细的规定。为了在不同的模拟器间建立更好的相关性，新ANSIESD标准定义了振荡电流的容限。1 9 w3a4 Q: h: K: o
c4 S" o+ K2 C4 M/ j+u瞬态电场和磁场
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" Y& D? ^ V# n0 L3 m0 Z 对于瞬态磁场和持有ESD模拟器的人和EUT下的地线间的瞬态场而言，振荡电流是起决定作用的。然而，用样准目标得到的放电电流的波形规范却不能完全确定瞬态场。像用于辐射测量的双锥天线中的不平衡问题，必须对旋转对称的模拟器来对瞬态磁场进行一些调节，轩为90度的旋转模拟器会有150％的偏差。现在正在研究这些详细的方法和容差。- z2 O' N+ g1 * n F% i" a
1 U2 W; P* i2 t( { _(r U 对放电点到离放电点50cm间电场和磁场的衰减研究表明，这种衰减是随距离呈线笥变化经的。因为场从1/r2到1/r3衰减。且距离过50cm，但ANSI标准在间接放电时保持10cm测试距离。而在10cm处电场是预加电压的两倍，例如，预加电压为8Kv，电场则为16Kv/m。所以，在ESD测量中，就存在非常高的电场。
5 i* d8 @0 I1N 如果IEC1000-4-2方法用于模拟器垂直于HCP放电，完全符合IEC的模拟器而言，电场的变化为300％，磁场的变化为200％。IEC1000-4-2方法可以很清晰地呈现现出K.HALL所描述的问题，而ANSI标准却不会。如果想要得到竖式模拟器放电所产生的场的大小，即只有等铲增大预加电压。- S7 y3 j x! U O# r
对地线搭接线影响的控制
6 ] @9 w' r"K A [' L" ` 在尖峰放电到EUT后，模拟器输出电流会沿接地线返回。电场场值大小相对于连接线的长度而言是不变的，场强距连接线为0.1米处衰减20dB。地线连接线的电流所产生的磁场随电流流入EUT输入线与地线所形成环路的大小而改变，变化因子为2.当测量仪器与连执着线所成的角由垂直变为水平时，磁场会衰减20dB。新ANSIESD标准在保持理想电流输入波形的同时，又尽可能减小连接线上的电流。%M/ ?5 M4 m. k" t& j- P b
/失败标准 F/ d:x9 {: n {
人们已经知道，安装环境决定了ESD的频率和严酷度。然而，现在的ESD标准（如IEC1000-4--2）没有考虑到产品标准中的环境差异。新ANSI ESD标准定义了三种环境；：可控制的、标准的和过哉的环境。结于每种环境，新标准不考虑三种产品的测量限值和EUT影响，这三种产品是：ITE、消费者产品和电信产品。
+ y& n8 ^: V( z R; I Fh2 X" Y统计补偿 f% B!G! R+ O" ^& U
许多熟悉EMC却不熟悉现代电子设备中的ESD测量的人并不了解设备的敏感性对时间间隔有关系。那变是，如果ESD没有同时对产品进行，产品就有很强的抗干扰能力；反之，产品的抗干扰能力就很弱。因此，在产品处于非常弱的状态下，50ns的持续时间内形成的半随机化的10个事件所形成的测量就有非常低的发生概率。为了测量这些时间相关性，EUT必须应用所形成的测量就有非常低的发生概率。为了测量这些时间相关性，EUT必须应用大量的ESD事件。在早期ESD测量中，因为系统的恢复是主要关心的问题，所以每个测量点上测量10次才可能有效。然而，现在这就不再成为主要问题了。
4 U& ]2 " P; _5e 在以前的ANSIESD导则中阐述了根据实际ESD事件的次数统计规律来决定ESD试验次数的方法。在新的ANSI ESD中进一步优化了此方法使其更加实用。: T* v4e4 Y* O4 d3 S0 C* k+ K) t w
需要进一步研究的参数( P D d5 o z6 E0 z
现正在对ESD的测量不确定度和场进行研究，但是，我们仍不清楚其结论是否会完全包含在新ANSI标准中。如果对此或其它有关内容未能出有效的结论，那么ANSI标准将会用现在的方法测量这些参数。* r ]2M8 d O; U4 Q
结论4 l7 `5P k0 B% [8 T f
这种合理的ANSIESD新标准是由ANSIC63 ESD WG发展起来的。在现在的标准不能完全全适用的区域，如峰值电汉幅度，放电电流的振荡，校准方式，瞬态场，瞬态场，地面带的影响和产品抗干扰性能，新的ANSI ESD标准就能克服所用IEC1000-4-2模拟器的ESD测量中进退两难的局面。这也表明，为什么IEC1000-4-2的方法和模拟器会有反复性问题。;
