导言
ESD（静电放电）是因为金属和非金属几许结构上电荷的堆集，一般是冲突起电。这种带电体直接或直接的相互作用是ESD放电发生的首要原因。ESD脉冲的泄放，使产品的软硬2种失效都有或许发生。所以电子产品对ESD的监测和防护是十分有必要的。体系级ESD测验的首要测验规范是世界电工委员会规则的IEC 61000-4-2[1]。为了保证电子产品在遭受ESD脉冲时和ESD脉冲往后都能够持续正常作业，需求施行体系级ESD测验。在体系级ESD测验进程中，咱们用ESD发生器（静电枪）来模仿ESD放电场景，可是频频地进行实践体系级防静电测验是贵重和耗时的进程，因此有必要寻求1种有用的方法来剖析和猜测设备的静电防护才能。
图1 IEC61000-4-2规范下触摸放电电路简图
1 IEC61000-4-2规范
在IEC61000-4-2规范中，静电枪电路如图1所示，已充电的150 pF电容器经过330 Ω电阻放电，然后发生如图2所示的电流波形，该波形中有2个峰值。 依据测验电压，从(2~8) kV分为4个等级，每个等级相差2 kV，不同等级下对应的特性参数也不同。第1个峰值电流为3.75 kV/A，差错不得超越15％。30 ns的电流为2 kV/A，差错不大于30％，60 ns的电流为1 kV/A，差错小于30％。波形的上升时间占榜首峰值电流的10％至90％，一般为0.8 ns，差错不能超越25％。但是这个差错规模相对较大，或许引起仿真成果的不精确。现存的电路模型精确度尽管有所提高，但与规范值仍是有些距离[2-3]。本文对电路模型进行优化后，在Cadence下进行模型的树立与仿真，其输出波形的特征参数与规范值挨近共同。
图2 IEC61000-4-2规范下触摸放电电流波形
2 触摸放电电路模型
2.1 数值核算
我国学者盛松林曾提出触摸放电波形能够看做一大一小2个波组合而成，而且用数值表达式拟合出触摸放电电流波形，但他的模型是根据衡量的，没有电路特性[4]。在电路上能够用2个不同的电容放电来构成这样的波，电路结构设计如图3所示。图4是静电枪电路的s域模型，设a点电压为Y（s），则能够列出a点的节点方程[5]：
图3 触摸放电模型电路原理图
图4 s域电路模型
求出I（s），再进行拉普拉斯逆变换，终究求得时域中的电流I（t）[6]。
经过核算发现，第1峰值的巨细首要由R2、C2、L2决议，它会跟着C2的添加，R2的减小而变大；第2峰值首要由R1、C1、L1决议，它会跟着C1的添加，R1的减小而变大。R3为待测器材的阻值，一般是2 Ω。终究元件参数值如表1所示。
表1 电路模型元件参数值
图5是电压为2 kV下的数值核算波形与实测波形的比照图（赤色线是MATLAB下数值核算曲线，蓝色线是实测曲线），能够看出两者的符合度是比较好的。波形的特征参数值如表2所示。
图5 2 kV下触摸放电模型的数值核算与实测比照图
2.2 电路仿真
为了进一步验证模型的精确性，在Cadence环境下树立了电路并进行了仿真，仿真成果如图6所示。能够看出各等级下波形的特征参数都契合IEC61000-4-2规范且具有较高的精确度。其间，第1峰值电流差错在2.8%以内，30 ns电流值差错在3.1%以内，60 ns电流值差错在2.5%以内。可见，此模型具有很好的精确性与安稳性，很合适用于触摸放电仿真测验。
图6 Cadence下触摸放电仿真波形图
3 HBM电路模型
为了扩展模型的实用性，把触摸放电模型改成了HBM模型。图7为静电枪的HBM模型，它与触摸放电形式的不同点在于：原电路中R1的阻值由330 Ω变成1.5 kΩ，C1的电容值由150 pF变为100 pF。2 kV下模型发生的放电电流波形如图8所示，其间赤色线是Cadence下仿真曲线，蓝色线是实测曲线，能够看出两者的符合度也是很好的。改善后的模型可用于静电仿真测验中的HBM测验。
图7 HBM模型电路原理图
4 定论
本文提出了一种新的静电发生器电路模型，该模型在Cadence中树立并验证。长处是：①模型发生的波形很安稳且与实测波形的符合度较好；②适用于2种测验形式，触摸放电测验和HBM测验。其间，触摸放电的仿真成果与IEC61000-4-2规范十分符合。第1峰值电流差错在2.8%以内，30 ns电流值差错在3.1%以内，60 ns电流值差错在2.5%以内。此外，HBM模型的仿真成果与实测波形的符合性也很好，然后证明了新模型体系行为的精确性。该电路模型为静电放电仿真供给了1个新的鼓励源。
图8 2 kV下HBM模型的仿真与实测比照图
作者：芦 俊,湘潭大学,物理与光电工程学院,男，硕士生
参考文献：
[1] Electromagnetic Compatibility (EMC) Part 4-2: Testing and Measurement Techniques-Section 2: Electrostactic Discharge (ESD) Immunity Test, TEC-EN 61000-4-2, 2008.
[2] 田巍,石磊.静电放电发生器模型的研讨及使用[J].科技广场,2011(07):82-84.
[3] MERTENS R,KUNZ H,SALMAN A,et al.A flexible simulation model for system level ESD stresses with application to ESD design and troubleshooting[C],Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium (EOS/ESD), 2012 34th. IEEE, 2012.
[4] 盛松林,毕增军,田明宏,等.一个新的IEC61000-4-2规范ESD电流解析表达式[J].强激光与粒子束(5):464-466.
[5] 邱关源.电路.第5版[M].北京:高等教育出版社,2006.
[6] TANAKA H,FUJIWARA O,YAMANAKA Y.A Circuit Approach to Simulate Discharge Current Injected in Contact with an ESD-gun[C]，International Symposium on Electromagnetic Compatibility.
