ESD仿真能够帮助用户更好地理解系统特性、查看电流分布、查看线缆线路上的电压,这些在ESD测量中是相对困难的。但ESD电磁仿真不能帮我们判断ESD对EUT的影响,比如物理损坏或是否能工作这类的问题,这个要注意。
说到ESD,就一定要提IEC61000-4-2标准,当然还有一些其他的ESD标准,比如ISO10605、HBM、MM、CDM等等,建议没有ESD基础的朋友先学习一下这些标准,了解区别之后,再看ESD的仿真。ESD静电放电仿真属于EMC仿真大类,相关求解器为时域求解器T或TLM,或静电Es。
ESD又可以分成接触放电(Contact)和空气放电(Air);这两种仿真方法差别很大,其中接触放电比较容易,因为知道接触点和电流路径。
这期我们先看IEC61000-4-2的接触放电电路,标准要求:
电流波形初始上升沿0.7-1ns,峰值3.75A/kV,误差上下10%;30ns时电流2A/kV,误差上下30%;60ns时电流为1A/kV,误差上下30%。
有人可能不明白了,电流不是A吗?怎么成了A/kV了? 这是对电压归一化了,因为ESD的电压是2-8kV,分四个等级(2kV,4kV,6kV和8kV),测试中只要没事就逐级加压。所以,总结刚才的要求如下表:
由误差标准和能量等级来看,基本上我们就重点关注第一个电流峰值就可以了,第二个峰值之后的波形在各种ESD仿真或测试中不尽相同,很大程度上和ESD枪的接地有关。
下面我们想一想这样的波形最简单的仿真实现方法是什么呢?当然是搭电路喽:
这里1欧姆是代表DUT,还用了一段理想的传输线,193.6mm长,225欧姆阻抗,用来模拟ESD枪的接地背带(strap)。
信号电压参数化,上升沿1ns:
扫参获得电压电流:
可见:
若用225欧电阻替代传输线,电流波形是这样的:
若没有传输线(短接),电流波形是这样的:
若有传输线,但长度加大10倍(加大延时),电流波形是这样的:
小结:
1. ESD仿真可用电路或三维,本案例是IEC61000-4-2的接触放电电路之一。
2. ESD发射电路可用来代替三维的ESD枪,优点是计算快,不会有低质量ESD枪三维模型的电磁场影响DUT的问题。缺点是没有高质量的ESD枪三维模型的结果准确。
3. 使用该ESD电路要注意先校准和调试,ESD枪的阻抗最好也放进电路中一起校准,可使用CST特有的Transient Co-simulation场路协同纯瞬态仿真,效果更好。
(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)
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