电磁兼容（EMC）：静电放电(ESD）抗扰度试验深度解读（五）

静电放电过程是一个很复杂的过程，下面比对人体持金属对产品放电和静电发生器对产品进行接触放电过程的详细分解说明。

1. 人持金属对产品放电过程

人对产品所产生的静电放电，会发生下面一系列的事件：

1）当手持金属片接近产品的金属表面，在放电电流产生前，静电场就存在了。这个时候没有（或十分少）电流流动，也不存在相关的磁场。（恒定的电流形成恒定磁场，交变的电流形成交变的磁场）

2）手持金属部件与产品之间一旦开始放电，两者之间放电间隙内的静电场骤然下降。在50ps~5ns的时间内，放电间隙两端电压从初始值骤然下降至大约25V~40V。骤然下降的时间取决于电弧参数、电压等。电场的骤然下降是引起强瞬变电磁志的一系列事件中的第一步。

3）电流开始在人手持金属部分和产品上流动。初始电流以光速扩展并在大约0.8ns内到达人的胳膊。电流在产品和胳膊持续扩展，由于辐射和电阻的原因，会发生反射和衰减，导致在产品和人两者上有电流密度的复杂形态。此时的电流是一个交变电流。

4）随着放电过程的持续，电流的最高频率分量分很快因为辐射而衰减。随着时间的增加电流会变得平滑（即具有更少的高频分量），最后产品和人体之间达到一个新的静电平衡。然而，因为人体上的电荷完全泄放完毕之前电弧可能已经消失，留在人体上的剩余电荷就有可能不为零。如果手和金属体再次接近产品，变可能在更低电压下产生第二次放电，导致一系列的静电放电出现。与每次更低电压的放电对应，就有更快的上升时间（部分归因于更低的电压）。

5）在每次一系列的静电放电中，在手臂、人体或产品适当点放置监测器，可测得放电前电荷密度、放电中快速变化电流和放电后少量剩余电荷。从天线理论可知，变化的电荷密度和变化的电流将产生辐射场。近距离场由电流和电荷直接决定，距离上更远的场则由电流和电荷对时间的导数决定。近距离场（近场）和在更远距离观察到的场（远场）之间的转换区域，情况更复杂。测量和仿真结果表明：至少在具有最多干扰的前几纳秒里，静电放电的瞬态场将在距离电弧10cm处达到远场条件。也就是说在人体对静电放电过程中，即存在近场干扰也存在远场干扰。

由上所述显然可见，在考虑关于电子系统非破坏性故障时，电流和电荷对时间的导数是极其重要的。也即远场的辐射干扰为主。另个在人体放电中，电流和电荷对时间的导数是由电弧内电压的突降时间决定的。因此，放电电流的上升时间决定了高频分量。

2. 静电放电发生器接触放电过程

之前也讲过，静电放电试验中空气放电的复现性比较差，受接近距离速度，空气湿度等影响。这里只讲接触模式的静电放电过程：
静电放电发生器放电类端接触到产品的接地部件（即绝大部分的金属外壳）。

1）放电前，静电放电发生器中的电容充完电。在许多设计中，在充电过程产生的大部分静电场被限制在静电放电发生器内。于是，在放电前附近的静电场比同一点由人体充电有相同电压时测量的静电场小得多。

2）放电是由静电放电发生器内部继电器的闭合启动的。这种特殊继电器的设计决定了放电电流良好的复现性。然而继电器是内部的而不是在静电放电发生器接触产品的点上，所以初始的放电电流流动在人体放电明显不同。

3）继电器内的电压骤然下降时间非常快，肯定小于100ps，导致电流波从继电器向各个方向和各个能接触到的金属部件和其他接近金属部件传播。电流波将以光速传播（绝缘体中会降低速度）。电流波形的上升时间和电压骤然下降时间相等。

4）电压的骤然下降时间小于100Ps，但此标准要求在靶的接触点测得的电流上升时间为（0.8±0.2）ns。为了达到此目标，静电放电发生器里采取了措施，使得继电器内非常低的上升时间值在放电尖端琮到标准值。

5）瞬态场是由所有电流和电荷密度对时间导数引起的。发生器产生的放电和人持金属产生的放电有一点重要区别要注意：对于人体放电，电弧上电流的上升时间是最快的过程，而且它决定了瞬态场的频谱。然而，静电放电发生器接触放电模式下的高频频谱取决于继电器电压的塌缩，而不是放电尖端的电流上升时间。

6）由于发生器中所有变化的电流引起瞬态场，继电器中100ps的上升电流会引起静电放电发生器的瞬态场，放电点上（0.8±0.2）ns上升电流会引起瞬态场。发生器中由更快事件引起的瞬态场通常不是期望的瞬态场，因为它们增加的辐射场高频分量超过了由在放电点上具有相同的电流上升时间和峰值的等效人至金属放电所产生的辐射场高频分量。

此过程得到的理想接触放电电流波形如下图示。