传输线理论分析静电放电电流

传输线理论分析了静电放电(ESD)发生器的放电过程,时域有限差分法(FDTD)模拟了放电电流,得到与IEC61000-4-2标准相符合的电流波形,并对影响电流波形的关键因素进行讨论.结果表明,静电放电发生器中电阻和连接线长度影响电流波形的上升时间;连接线的布置影响着电流波形的平滑性;不同的终端负载也对电流峰值有很大影响.该结论为静电放电发生器的设计提供了参考和建议.     

电缆放电事件建模及其特性测试研究

参考人体行走电压的测试标准IEC 61340-4-5,搭建了电缆由线轴上绕下并在地板上拖拽积累的电压的测试系统,测量了六类非屏蔽网线的电压波形.基于实测电缆电压波形,提出了电缆电压的RC等效电路模型,并分析了模型参数对电缆电压时域波形的影响.进行了电缆充电后对金属靶的放电实验,测量了电缆放电事件的电流波形、瞬态电场和瞬态磁场波形,分析了电缆放电事件对电子设备的影响.根据测量的电缆放电事件的电流波形,对比了GJB 151B中CS 115电缆束注入脉冲激励传导敏感度的电流波形,二者电流波形有一定的相似性,但是对于较长电缆在电流的强度和宽度方面都会大于CS 115规定的限值.因此,提出了电缆放电事件的防护方法,并对相关标准的改进方面提出了初步建议.     

二次静电放电仿真与实验研究

二次静电放电（secondary electrostatic discharge，SESD）是一种由一次静电放电引起的发生在仪器内部微小缝隙间的击穿放电现象，可对晶体管等很多元件造成破坏.文章首先搭建由静电放电模拟电路、二次放电模拟电路和电流靶电路组成的电路级仿真模型，初步探索SESD的波形，并与初始模型进行对比分析，验证已知的理论.其次基于实验研究与数据分析的方法，总结二次放电波形特点、峰值特性和时延特性.研究表明:二次放电电流峰值大于一次放电电流峰值，且受放电电压、放电时延等参数影响；二次放电的时延呈正态分布.这一研究结果符合并验证了目前对二次放电微观过程研究所得出的相关理论.     

3ctest静电发生器的等效电路建模

静电发生器的等效电路模型对相关静电抗扰度的仿真分析有直接影响。以国产的3ctest(EDS 16H)静电发生器为研究对象,提出一种基于静电发生器模块化的物理结构和阻抗参数测量结果,建立高精度电路模型的方法。介绍了静电发生器的典型物理结构,测量了各模块的阻抗特性,建立的等效电路考虑了接地电缆长短对阻抗参数的影响。根据标准2Ω电流靶、50Ω测试系统两种情况下测试的放电电流波形,拟合修正了等效电路参数,电路仿真结果与实测结果吻合较好。相关结果可以为实际的静电抗扰度测试提供参考。     

影响ESD荷电器件模型放电电流的关键参数研究

静电放电峰值电流是基于荷电器件放电模型的放电测试装置中波形验证的关键指标.针对影响放电峰值电流的几个因素:测试探针长度、直径、形状和充电盘绝缘介电层的厚度,研究了这些参数变化对放电峰值电流的影响规律.根据研究结果可调整相应参数,保证荷电器件放电模型的测试装置符合测试标准.基于LRC放电电路的等效模型,实验结果给出了到满意的定量或定性解释.     

非接触静电放电测试低重复特性分析研究

基于自主研发的新型测试系统,对小间隙静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)中电极移动速度和气体压强引起放电参数的低重复离散特性进行探讨.新型测试系统采用机电一体化设计,解决了带电体与受电体高速相向运动与避免强烈撞击损坏仪器的难题,并实现对多种影响因素的有效测量.用新型测试系统测量了气体压强变化和向放电靶移动电极速度等放电参数.静电放电模拟器移动距离控制在(10～40 cm)的范围.电极移动速度变化(v)为14 cm/s,则放电电流峰值改变(J)达到0.5A,空气压强变化对放电电流最高峰值的影响十分明显,压强变化(p)为0.06个大气压时,则峰值电流变化(D为0.5A,证明了电极移动速度和空气压强对放电参数产生的影响;对放电参数受电极移动速度和气体压强变化而出现显著差异的可能机制给出了初步分析.     

电流探头在静电放电模拟器期间核查中的应用

以F-65A型电流探头为例,采用辐射法和传导法,研究该探头在静电放电模拟器期间核查中的应用,将F-65A型电流探头与静电放电靶进行比对试验。试验结果验证了F-65A型电流探头作为电流传感器测量静电放电电流波形参数的可行性。     

IEC 61000-4-2存在问题分析

IEC 61000-4-2规定了静电放电抗扰度试验方法,在实际测试中发现该标准存在两个主要问题,使用不同模拟器对同一产品测试会得到不一致的测试结果,而放电次数偏少使得该标准对数字电路测试的测试结果重复性较差.建议详细规定模拟器放电电流波形参数并增加放电次数.     

基于状态方程法的不同ESD电路对比分析

针对IEC 61000-4-2中规定的典型静电放电(electrostatic discharge, ESD)电流波形存在拟合多样性且不易通过具体电路实现这一问题, 采用求解电路状态方程组的方法对四种ESD模拟器电路进行了计算.得到了四种指数形式的ESD电流解析表达式, 绘制了相应的电流曲线, 分别讨论了四种ESD模拟器电路产生的ESD电流波形解析式的连续性和可导性, 并对不同电路产生的ESD电流波形与IEC 61000-4-2标准规定电流波形之间的差异进行了对比分析.结果表明不同ESD电路产生的电流波形的四个主要指标符合IEC 61000-4-2标准规定, 但由于电路的拓扑结构和元件参数不同, 求得的电流波形解析式的连续性和可导性存在差异, 因此在选择ESD模型时, 应根据实际的人体参数和放电枪参数确定合适的电路结构.该计算方法适用于求解集总参数电路, 为ESD电磁脉冲辐射场仿真计算提供了新的电流解析式.     

空气式静电放电的放电特性研究

利用简单的静电放电模拟测试装置对IEC标准规定的空气式静电放电的放电特性进行了研究.对放电电流的上升时间、峰值、自制金属半圆环上的耦合电压峰-峰值进行了测量,并用数字存储示波器记录了放电电流和耦合电压的波形.在较宽范围的电压电平和正负电压极性上进行了空气放电.对空气式静电放电的重复性、频谱特性和耦合特性等进行了分析.对空气式静电放电的放电特性研究可为静电放电抗扰度试验方法提供参考.     

A Robust Power Gating Structure and Power Mode Transition Strategy for MTCMOS Design

The large magnitude of supply/ground bounces, which arise from power mode transitions in power gating structures, may cause spurious transitions in a circuit. This can result in wrong values being latched in the circuit registers. We propose a design methodology for limiting the maximum value of the supply/ground currents to a user-specified threshold level while minimizing the wake up (sleep to active mode transition) time. In addition to controlling the sudden discharge of the accumulated charge in the intermediate nodes of the circuit through the sleep transistors during the wake up transition, we can eliminate short circuit current and spurious switching activity during this time. This is, in turn, achieved by reducing the amount of charge that must be removed from the intermediate nodes of the circuit and by turning on different parts of the circuit in a way that causes a uniform distribution of current over the wake up time. Simulation results show that, compared to existing wakeup scheduling methods, the proposed techniques result in a 1-2 orders of magnitude improvement in the product of the maximum ground current and the wake up time     

雷电斜向放电通道电磁场建模及计算

基于传输线模型,通过将柱坐标系进行旋转变换,建立了斜向放电通道电磁场模型;采用脉冲函数加双指数函数作为通道底部电流,从垂直放电通道电磁场的表达式中推导出斜向放电通道电磁场的计算公式;基于斜向放电通道电磁场模型,研究了不同角度对不同场区地表回击电磁场的影响,认为雷电放电通道越倾斜,雷电流对地面电磁场的影响就越明显。研究了不同回击速度对不同场区地表回击电磁场的影响,结果表明回击速度对电磁场的影响较为明显。     

脉冲气体激光器磁压缩放电电路的仿真

为了降低用于脉冲气体激光器的全固态磁压缩放电电路的放电延时抖动,采用PSPICE软件对全固态磁压缩激励电路进行仿真分析,完成了对充电、磁开关复位以及整个放电过程的初步模拟。模拟结果显示,初始储能电容电压1V的波动会引起放电时间5ns~10ns的抖动,抖动时间随着充电电压的升高而降低;通过采用特制的两级耦合复位回路来降低放电延时抖动,该复位电路可将放电抖动从微秒量级降低到纳秒量级。结果表明,降低抖动的关键因素在于充电过程中高频交流纹波经复位电路耦合将磁芯复位到一稳定状态,使磁开关、可饱和脉冲变压器的工作状态更加稳定。建立的仿真模型,对低放电抖动的脉冲放电激励电路设计可提供参考。     

一种新型低漏电ESD电源箝位电路

在到达纳米级工艺后,传统的静电放电防护(ESD)电源箝位电路的漏电对集成电路芯片的影响越来越严重。为降低漏电,设计了一种新型低漏电ESD电源箝位电路,该箝位电路通过2个最小尺寸的MOS管形成反馈来降低MOS电容两端的电压差。采用中芯国际40 nm CMOS工艺模型进行仿真,结果表明,在相同的条件下,该箝位电路的泄漏电流仅为32.59 nA,比传统箝位电路降低了2个数量级。在ESD脉冲下,该新型ESD箝位电路等效于传统电路,ESD器件有效开启。     

脉冲功率电源中浪涌电流与电压的分析及抑制

针对功率脉冲电路放电过程中存在的电流和电压冲击问题,建立了电路的分布参数模型和二极管的PSPICE模型。分析了放电过程中的浪涌电流和电压的产生的机理,采用PSPICE软件对电路放电的瞬态过程进行了仿真,提出了抑制浪涌电流和电压冲击的方法。仿真结果表明:适当增加二极管回路的阻尼电阻,可以降低或消除浪涌电流;在二极管两端并上适当的电阻,可以降低浪涌电压。     

Decoupling Method Between Digital Signals on FPCB and Mobile Handset Antenna

Digital harmonics, which may reduce the radio frequency sensitivity of a system, can be coupled with an antenna in a mobile handset. This letter presents a decoupling method for increasing the isolation between digital harmonics on a flexible printed circuit board (FPCB) and an antenna in terms of the ground mode current and the concept of reaction. We model the signal and ground lines in an FPCB as a loop circuit exciting a ground mode current and demonstrate a simple but efficient decoupling method for reducing the excited ground mode current.     

印制板中地线正确连接原则的讨论

印制板的接地方式非常重要,如果地线布线不合理,就可能引起不可接受的测量误差。本文通过一个典型的热电偶数字测温系统的地线连接的分析,来说明PCB中地线正确连接的重要性和接地原则。文章说明了在模拟和数字信号混合系统中连接PCB地线时,应该防止有较大的地电流,特别是应防止数字电路中大的脉冲地电流流入模拟电路的地线中,尤其不应流入小信号模拟电路的地线中。     

PDP放电单元工作特性计算机辅助模拟方法的研究

等离子体显示屏技术及产业近年来得到迅速发展,也对其计算机辅助设计研究提出了更高的要求。目前PDP放电单元工作特性的CAD研究方法主要有两类,流体力学模型法和等效电路模型法。流体力学模型直接模拟放电空间各种微观粒子的产生、移动和中和情况,能够仿真出着火电压、放电电流等各类工作特性,放电空间形状、使用材料的影响等;等效电路模型只考虑放电单元的电气工作特性,如放电过程中的电压电流关系等。前者在显示屏基本特性仿真和结构优化方面有较广泛应用;后者对显示系统中驱动电路的设计优化有很大帮助。