2.4　靜電放電抗擾度試驗(yàn)

靜電放電抗擾度試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 17626.2（等同于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-2）。

2.4.1　試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

靜電放電是一種自然現(xiàn)象，當(dāng)兩種不同介電強(qiáng)度的材料相互摩擦?xí)r，就會產(chǎn)生靜電電荷（摩擦起電原理）。如果其中一種材料上的靜電荷積累到一定程度，并與另外一個物體接觸時，就會通過這個物體到大地的阻抗進(jìn)行放電。當(dāng)設(shè)備發(fā)生接觸或空氣放電后，附著在設(shè)備機(jī)殼上的電荷會通過設(shè)備機(jī)箱上的孔縫與設(shè)備內(nèi)部電路板或元器件間發(fā)生二次放電。因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部電路板或元器件的阻抗較小，所以二次放電的危害有可能比一次放電更大。靜電放電及其影響是電子設(shè)備的一個主要干擾源。

由于靜電的存在，人體幾乎成了對電子設(shè)備或爆炸性材料的最大危害。靜電放電多發(fā)生于人體接觸半導(dǎo)體器件時，有可能導(dǎo)致半導(dǎo)體材料擊穿，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。靜電放電及由此產(chǎn)生的電磁場變化可能危害電子設(shè)備的正常工作。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)?zāi)M了以下兩種情況：

① 設(shè)備操作人員直接觸摸設(shè)備時對設(shè)備的放電和放電對設(shè)備工作的影響（直接放電）。

② 設(shè)備操作人員在觸摸附近設(shè)備時，對所關(guān)心的設(shè)備的影響（間接放電）。

靜電放電可能造成的后果是：

① 直接放電可引起設(shè)備中半導(dǎo)體器件的損壞，從而造成設(shè)備的永久性失效。

② 設(shè)備的誤動作，這是由放電（可能是直接放電，也可能是間接放電）而引起的近場電磁場變化造成的。

2.4.2　主要試驗(yàn)設(shè)備及必備條件

如圖2-10所示為靜電放電模擬器的基本線路及放電電流波形。

高壓真空繼電器是目前唯一能產(chǎn)生高速和重復(fù)放電波形的器件。電路中的150pF電容代表人體的儲能電容，330Ω電阻代表人體在手握鑰匙和其他金屬工具時的人體電阻。標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為用這種人體放電模型（包括電容量和電阻值）來描述靜電放電是足夠嚴(yán)酷的。

圖中的放電電流波形（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是放電電極對作為電流傳感器的2Ω電阻接觸放電時的電流波形）含有的諧波成分極其豐富，因此加大了試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度。

2.4.3　試驗(yàn)方法及試驗(yàn)配置

試驗(yàn)室里的試驗(yàn)配置的規(guī)范性是保證試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性和可比性的一個關(guān)鍵因素，這是因?yàn)殪o電放電的電流波形十分陡峭，其前沿已經(jīng)達(dá)到0.7～1ns，包含的諧波成分至少達(dá)到500MHz以上。

2.4.3.1　直接放電

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡受試設(shè)備正常工作時，人手可以觸摸到的部位都要進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)（這樣的部位，除機(jī)箱以外，其他如控制鍵盤、按鈕、指示燈、鑰匙孔、顯示屏等都在試驗(yàn)范圍內(nèi)）。

試驗(yàn)時，受試設(shè)備處在正常工作狀態(tài)。試驗(yàn)正式開始前，試驗(yàn)人員對受試設(shè)備表面以20次/s的放電速率快速掃視一遍，以便尋找受試設(shè)備的敏感部位（凡掃視中有引起受試設(shè)備數(shù)顯跳動、聲光報(bào)警、動作異常等跡象的部位，都作為正式試驗(yàn)時的重點(diǎn)考查部位，應(yīng)記錄在案，并在正式試驗(yàn)時在其周圍多增加幾個考查點(diǎn)）。正式試驗(yàn)時，為了使受試設(shè)備來得及做出響應(yīng)，放電以1次/s的速度進(jìn)行（也有規(guī)定為1次/5s的產(chǎn)品）。一般對每一個選定點(diǎn)上放電20次（其中10次正的，10次負(fù)的）。

原則上，凡可以采用接觸放電的地方一律采用接觸放電。對涂漆的機(jī)箱，如制造廠商沒有說明是作為絕緣用的，試驗(yàn)時便用放電槍的尖端刺破漆膜對受試設(shè)備進(jìn)行放電。如廠家說明是作為絕緣使用，則應(yīng)改用空氣放電。對空氣放電應(yīng)采用半圓頭形的放電電極，在每次放電前，應(yīng)先將放電槍從受試設(shè)備表面移開，然后將放電槍慢慢靠近受試設(shè)備，直到放電完成為止。

為改善試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可比性，放電電極應(yīng)與受試設(shè)備表面垂直。

除非在通用、專用產(chǎn)品或是產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)中另有規(guī)定，靜電放電僅僅施加在受試設(shè)備正常使用中可以觸及的點(diǎn)和面上。但下述情況被排除在外（換言之，對這些項(xiàng)目不進(jìn)行放電）：

① 對于只有在維護(hù)時才能觸及的點(diǎn)和面。在這種情況下，應(yīng)在相應(yīng)的文件中特別規(guī)定靜電放電的簡化試驗(yàn)。

② 只有最終用戶檢修時才能觸及的點(diǎn)和面。例如對下述這些很少觸及的點(diǎn)：在更換電池時觸及的電池觸點(diǎn)，錄音電話的磁帶盒等。

③ 對于在安裝使用后不再觸及的點(diǎn)和面。例如，設(shè)備的底部及靠墻壁的一側(cè)和適配連接器的后面。

④ 同軸及多芯連接觸點(diǎn)。因?yàn)樗鼈兌加幸粋€金屬的連接器外殼，在這種情況下，接觸放電僅僅施加在連接器的金屬外殼上。

⑤ 對非導(dǎo)電外殼（如塑料的）連接器中可接觸到的觸點(diǎn)，只采用空氣放電來做試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)在靜電放電發(fā)生器上采用圓頭電極來做這個試驗(yàn)。

通常要考慮表2-6所示的6種情況。

⑥ 由于功能的原因，對于那些對靜電放電敏感的連接器的觸點(diǎn)或其他可以觸及部分，如測量、接收或其他通信功能的射頻輸入端，應(yīng)采用靜電放電的警告標(biāo)識。

這是因?yàn)?，許多連接器端口是用來處理模擬或數(shù)字高頻信號的，因此不能提供有足夠過電壓保護(hù)能力的器件。在模擬信號的情況下，選用帶通濾波器或許是一種解決方案。至于過電壓保護(hù)二極管，由于寄生電容過大，因此對受試設(shè)備所采用的工作頻率是不利的。

在上述所有情況中，要在相應(yīng)的文件中推薦專門的受試設(shè)備簡化試驗(yàn)。

2.4.3.2　間接放電

間接放電即對耦合板進(jìn)行放電。至于對水平耦合板的放電，要在水平方向?qū)λ今詈习宓倪呥M(jìn)行，如圖2-11所示。

在朝向EUT每一單元（若適用）的中心點(diǎn)且與EUT前端相距0.1m處的水平耦合板前緣處，以最敏感的極性，至少做10次單次放電。放電時，放電電極的長軸要處在水平耦合板的平面里且垂直于它的前緣。放電電極要與水平耦合板的邊緣相接觸。另外，要考慮對EUT所有的暴露面做這個試驗(yàn)。圖2-11所示是臺式和落地設(shè)備的試驗(yàn)配置與放電位置示例。

2.4.3.3　注意事項(xiàng)

在距受試設(shè)備1m以內(nèi)應(yīng)無墻壁和其他金屬物品（包括儀器）。

試驗(yàn)中受試設(shè)備要盡可能按實(shí)際情況布局（包括電源線、信號線和安裝腳等）。接地線要按生產(chǎn)廠商的規(guī)定接地（沒有接地線就不接），不允許有額外的接地線。

放電時，放電槍的接地回線與受試設(shè)備表面至少保持0.2m的間距，避免相互間有附加感應(yīng)，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。

2.4.3.4　不接地設(shè)備的試驗(yàn)

這里所描述的試驗(yàn)適合在安裝說明或設(shè)計(jì)中已規(guī)定不與任何接地系統(tǒng)連接的設(shè)備或設(shè)備部件所采用。這里的設(shè)備或部件包括便攜式的、電池供電的和雙重絕緣的設(shè)備（Ⅱ類設(shè)備）。

基本原理是：不接地的設(shè)備或設(shè)備中不接地的部件不像Ⅰ類由電網(wǎng)供電的設(shè)備那樣進(jìn)行放電，如果在下一次ESD脈沖施加之前不能將電荷釋放，就有可能使設(shè)備或設(shè)備部件達(dá)到所施試驗(yàn)電壓的兩倍。因此在Ⅱ類絕緣的設(shè)備電容里積累了幾次ESD后，雙重絕緣的設(shè)備可能被不切實(shí)際地充電至很多的電荷，最終以非常高的能量在絕緣體的擊穿電壓點(diǎn)上放電。

為了模擬單次放電（無論是空氣放電，還是接觸放電），受試設(shè)備上的電荷應(yīng)在每次施加靜電放電脈沖之前先行釋放。以連接器的外殼、電池的充電端子、金屬的天線為例，應(yīng)當(dāng)在每次施加靜電放電試驗(yàn)脈沖時先行釋放掉在需要施加靜電放電的金屬點(diǎn)或部位上的電荷。例如采用在水平和垂直耦合板上釋放電荷的類似方法，即能對帶有470kΩ泄放電阻的電纜進(jìn)行放電。

由于在受試設(shè)備與水平耦合板（用于臺式設(shè)備）及受試設(shè)備與參考接地板（用于地面設(shè)備）之間的電容取決于受試設(shè)備尺寸，若功能允許，在靜電放電試驗(yàn)時可能保留帶泄放電阻的電纜安裝。在放電電纜中，一個電阻要盡可能地靠近EUT上的試驗(yàn)點(diǎn)，最好小于20mm；另一個電阻接在電纜線的末端附近，與水平耦合板（對臺式設(shè)備）或參考接地板（對地面設(shè)備）相連。臺式、地面不接地設(shè)備的試驗(yàn)見圖2-12。

試驗(yàn)中，帶泄放電阻的電纜的存在，可能會影響某些設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果。如果有爭議的話，在試驗(yàn)期間可先卸掉電纜，再做試驗(yàn)，在一次放電試驗(yàn)結(jié)束后，再把電纜裝上去，以便在兩次連續(xù)放電之間使電荷有足夠的衰減。

上述方法的主要缺點(diǎn)是操作過于麻煩。作為替代，可采用下述方案：

① 將兩次連續(xù)放電之間的時間間隔加長，達(dá)到讓受試設(shè)備上的電荷自然衰減到允許值所需的時間。

② 在接地電纜上采用帶泄放電阻（如2×470kΩ）的碳纖維刷子。

③ 在試驗(yàn)環(huán)境里采用空氣-離子發(fā)生器來加速受試設(shè)備的“自然”放電過程。

針對最后一種替代方案，在做空氣放電試驗(yàn)時，離子發(fā)生器應(yīng)關(guān)閉，避免放電槍頭上的電荷離子發(fā)生器產(chǎn)生的離子中和。

上述任何一種替代方法的使用都要反映在試驗(yàn)報(bào)告里。對于電荷衰減的爭議，受試設(shè)備上的電荷可以用一臺非接觸的電場計(jì)來監(jiān)視。當(dāng)電荷衰減到初始值的10%以下時，則認(rèn)為受試設(shè)備已經(jīng)放電。

放電時，靜電放電發(fā)生器的電極應(yīng)保持在正常的垂直于受試設(shè)備表面的位置。

2.4.4　試驗(yàn)等級

試驗(yàn)等級見表2-7。

2.4.5　試驗(yàn)案例

首先，確定受試設(shè)備的正常工作狀態(tài)。然后，受試設(shè)備按要求放置，干擾信號施加于受試設(shè)備機(jī)殼、插座外殼等處，在每個試驗(yàn)點(diǎn)處進(jìn)行直接放電不少于10次，每兩次放電間隔1s。

觀察在干擾信號作用下，受試設(shè)備的性能是否下降。若受試設(shè)備在技術(shù)規(guī)范內(nèi)性能正常，則判為A級；若受試設(shè)備功能或性能出現(xiàn)暫時性降低或喪失，但能自行恢復(fù)，則判為B級；若受試設(shè)備因元器件或軟件損壞、數(shù)據(jù)丟失等造成不可自行恢復(fù)須人工干預(yù)的功能降低或喪失，則判為C級；D級則屬不合格。