电磁环境与电磁干扰 (2)PPT讲稿.ppt

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1、电磁环境与电磁干扰电磁环境与电磁干扰(2)第1页，共133页，编辑于2022年，星期一绪绪 论论 随着现代科学技术的发展，电气及电子随着现代科学技术的发展，电气及电子设备的数量、种类不断增加，空间电磁环设备的数量、种类不断增加，空间电磁环境变得日益复杂。一方面在这种复杂的电境变得日益复杂。一方面在这种复杂的电磁环境下，如何减少相互间的电磁干扰，磁环境下，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备不受干扰的影响而相容地正常使各种设备不受干扰的影响而相容地正常工作，另一方面，恶劣的电磁环境对人类工作，另一方面，恶劣的电磁环境对人类及生态产生如何的不良影响等等，都是迫及生态产生如何的不良影响等等，都是迫切

2、需要研究的课题。切需要研究的课题。第2页，共133页，编辑于2022年，星期一 电磁环境、效应及防护技术是目前国内外所称的电磁环境、效应及防护技术是目前国内外所称的EMCEMC的的一个重要组成部分。一个重要组成部分。EMCEMC是是Electromagnetic Electromagnetic CompatibilityCompatibility的缩写，译成电磁兼容性。现在世界各国的缩写，译成电磁兼容性。现在世界各国对对EMCEMC技术十分重视，特别是将电子电路的抗干扰作为技术十分重视，特别是将电子电路的抗干扰作为一个重要课题进行研究，并且还成立了国际性机构，以一个重要课题进行研究，并且还成立

3、了国际性机构，以便交流各国研究成果和制定统一的技术规范和标准。对便交流各国研究成果和制定统一的技术规范和标准。对于于EMCEMC，国外文献曾给出了通俗的说明：，国外文献曾给出了通俗的说明：“这种技术的目这种技术的目的在于，使一个电气装置或系统既不受电磁环境的影响，又的在于，使一个电气装置或系统既不受电磁环境的影响，又不给环境以这种影响。它不会因电磁环境导致性能变差或产不给环境以这种影响。它不会因电磁环境导致性能变差或产生误动作，而完全可以按院设计的能力可靠的工作。生误动作，而完全可以按院设计的能力可靠的工作。”，可，可见，见，EMCEMC技术对于电气装置和系统，特别是对电子电路构技术对于电气装

4、置和系统，特别是对电子电路构成的装置和系统的可靠性等有着十分密切的关系。成的装置和系统的可靠性等有着十分密切的关系。绪绪 论论第3页，共133页，编辑于2022年，星期一v电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现象的总和。包括自然环境因素和人为环境象的总和。包括自然环境因素和人为环境因素。因素。v自然环境因素有雷电、静电形成的电磁辐自然环境因素有雷电、静电形成的电磁辐射和太阳、星际的电磁辐射以及地球磁场射和太阳、星际的电磁辐射以及地球磁场和大气中的电磁场等；和大气中的电磁场等；v人为环境因素包括各种人为电磁辐射源产人为环境因素包括各种人为电磁辐射源产生的电磁辐射

5、。生的电磁辐射。绪绪 论论第4页，共133页，编辑于2022年，星期一自自然然环环境境因因素素一一般般电电磁磁环环境境构构成成因因素素人人为为环环境境因因素素 雷电电磁辐射源。雷电电磁辐射源。静电电磁辐射源。静电电磁辐射源。太阳系和星际电磁辐射源。太阳系和星际电磁辐射源。地球和大气层电磁场等。地球和大气层电磁场等。各种电磁发射系统：各种电磁发射系统：电电视视、广广播播发发射射台台，无无线线电电台台、站站，导导航航系系统统，通通信信系系统统，差差转转台，干扰台，微波接力站等。台，干扰台，微波接力站等。工频电磁辐射系统：工频电磁辐射系统：高电压送、变电系统，大电流工频设备，轻轨和干线电气化铁道等。

6、高电压送、变电系统，大电流工频设备，轻轨和干线电气化铁道等。工工业业、科科学学、医医疗疗、商商业业领领域域应应用用的的有有电电磁磁辐辐射射的的各各种种设设备备或或系系统。统。以电火花点燃内燃机为动力的各种交通工具和机器设备。以电火花点燃内燃机为动力的各种交通工具和机器设备。各种家用电器、现代化办公设备、电动工具等。各种家用电器、现代化办公设备、电动工具等。用于军事目的的强电磁脉冲源：用于军事目的的强电磁脉冲源：核核电电磁磁脉脉冲冲及及非非核核电电磁磁脉脉冲冲源源如如电电磁磁脉脉冲冲武武器器、高高功功率率微微波波弹弹和各种电子对抗辐射源等和各种电子对抗辐射源等构成电磁环境的各种因素构成电磁环境的

7、各种因素绪绪 论论第5页，共133页，编辑于2022年，星期一 电磁干扰引起信息系统、电子设备工作电磁干扰引起信息系统、电子设备工作失常的各种电磁效应。失常的各种电磁效应。电磁干扰从甚低频几电磁干扰从甚低频几GHzGHz波段，无孔波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的电子设备或不入地辐射或传导至运行中的电子设备或系统以及周围的环境。（常说的系统以及周围的环境。（常说的射频干扰射频干扰Radio Frequency InterferenceRadio Frequency Interference，简称，简称RFIRFI，是指无线电范围的的干扰）。，是指无线电范围的的干扰）。电子信息系统及设备不可避

8、免的在电磁电子信息系统及设备不可避免的在电磁环境（环境（EMEEME）中工作，因此必须解决其在）中工作，因此必须解决其在电磁环境中的适应能力。电磁环境中的适应能力。绪绪 论论第6页，共133页，编辑于2022年，星期一静电（静电（ESDESD）电磁脉冲源及其效应）电磁脉冲源及其效应1雷电电磁脉冲源及其效应雷电电磁脉冲源及其效应2核电电磁脉冲源及其效应核电电磁脉冲源及其效应3电磁脉冲武器及其效应电磁脉冲武器及其效应 4内内 容容第7页，共133页，编辑于2022年，星期一一、静电（一、静电（ESD)ESD)电磁脉冲源及其效应电磁脉冲源及其效应静电放电静电放电 指带电体周围的场强超过周围绝缘介质的

9、击穿场强时，指带电体周围的场强超过周围绝缘介质的击穿场强时，因介质产生电离而使带电体上的电荷部分或全部消失因介质产生电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。的现象。在大多数情况下，静电起电与放电是同时发生的，而且在大多数情况下，静电起电与放电是同时发生的，而且静电起电静电起电-放电是一个随机的动态过程，在这过程中，不放电是一个随机的动态过程，在这过程中，不仅有静电能量的传导输出，而且有电磁脉冲场的辐射。仅有静电能量的传导输出，而且有电磁脉冲场的辐射。静电带电静电带电 物体的静电带电，又称静电起电，它是由于处于不同带电物体的静电带电，又称静电起电，它是由于处于不同带电序列位置的物质之间接触分

10、离（摩擦）使物体上正负电荷失序列位置的物质之间接触分离（摩擦）使物体上正负电荷失去平衡而发生的静电现象。去平衡而发生的静电现象。第8页，共133页，编辑于2022年，星期一v静电放电的特点静电放电的特点 v静电放电的类型静电放电的类型v静电放电模型静电放电模型v静电放电模拟器静电放电模拟器 v静电放电产生的辐射场静电放电产生的辐射场 静电放电和静电放电模型静电放电和静电放电模型第9页，共133页，编辑于2022年，星期一静电放电的特点静电放电的特点 静电放电（静电放电（ESDESD）是指带电体周围的场）是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质

11、电离而使带电体上的静电荷部分或全部质电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。消失的现象。v静静电电放放电电是是高高电电位位，强强电电场场，瞬瞬时时大大电电流流的过程。的过程。v静静电电放放电电会会产产生生强强烈烈的的电电磁磁辐辐射射形形成成电电磁磁脉冲（脉冲（EMPEMP）。）。第10页，共133页，编辑于2022年，星期一静电放电电流波形静电放电电流波形第11页，共133页，编辑于2022年，星期一静电放电类型静电放电类型v电晕放电电晕放电v火花放电火花放电v刷形放电刷形放电 v沿面放电沿面放电 这种分类方法主要是以发声、发光及放电通道这种分类方法主要是以发声、发光及放电通道的形状来区

12、分的。的形状来区分的。第12页，共133页，编辑于2022年，星期一v电晕放电（电晕放电（corona discharge)corona discharge)An electrical discharge characterized by a An electrical discharge characterized by a corona and occurring when one of two corona and occurring when one of two electrodes in a gas has a shape causing the electrodes in a g

13、as has a shape causing the electric field at its surface to be significantly electric field at its surface to be significantly greater than that between the electrodes.greater than that between the electrodes.电晕放电以电晕为特点的一种放电，当某气体中电晕放电以电晕为特点的一种放电，当某气体中的两个电极中有一个的形状导致其表面的电场明显的两个电极中有一个的形状导致其表面的电场明显大于两个电

14、极之间电场的时候所发生放电现象。大于两个电极之间电场的时候所发生放电现象。静电放电类型静电放电类型第13页，共133页，编辑于2022年，星期一电晕放电（电晕放电（corona discharge)corona discharge)v电晕放电是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电晕放电是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电离的一种放电形式。这种放电有时被称为尖端放电离的一种放电形式。这种放电有时被称为尖端放电。电。v形成电晕放电的最基本标志并不是出现电晕，而是放形成电晕放电的最基本标志并不是出现电晕，而是放电电流由饱和电流电电流由饱和电流1010-14-14 A A突然增加到突然增加到1010

15、-6-6A A左右。左右。v引发电晕放电的机制，阈值电压及放电产生的电晕的引发电晕放电的机制，阈值电压及放电产生的电晕的形态都与放电尖端的极性密切相关。形态都与放电尖端的极性密切相关。v根据放电尖端的极性不同，电晕放电被分为正电晕和负根据放电尖端的极性不同，电晕放电被分为正电晕和负电晕两种。电晕两种。静电放电类型静电放电类型第14页，共133页，编辑于2022年，星期一v当当放放电电尖尖端端为为阴阴极极时时，产产生生的的电电晕晕放放电电被被称称为为负负电电晕晕，形形成成负负电电晕晕的的机机制制为为汤汤逊逊(Townsend)(Townsend)机机制制，即即产产生生二二次次电电子子崩崩的的次次

16、极极电电子子是是由由正正离离子子碰碰撞撞阴阴极极表表面面引引起起阴阴极极的的电电子子发发射射而产生的。而产生的。v而而当当放放电电尖尖端端为为阳阳极极时时，产产生生的的电电晕晕放放电电被被称称为为正正电电晕晕。阴阴极极处处的的场场强强很很弱弱，流流向向阴阴极极的的正正离离子子难难以以从从场场中中获获取取足足够够的的能能量量引引起起阴阴极极的的二二次次电电子子发发射射，此此时时在在尖尖端端处处维维持持放放电电过过程程的的二二次次电电子子主主要要是是由由其其附附近近的的中中性性分分子子和和原原子的光电离而提供的。子的光电离而提供的。v从从电电晕晕放放电电产产生生的的电电晕晕的的形形状状来来看看，负

17、负电电晕晕是是包包围围着着放放电电尖尖端端的的均均匀匀光光晕晕圈圈，而而正正电电晕晕则则呈呈现现出出非非均均匀匀的的丝丝状状。一般来讲，正电晕的起晕电压要比负电晕的起晕电压高。一般来讲，正电晕的起晕电压要比负电晕的起晕电压高。静电放电类型静电放电类型电晕放电（电晕放电（corona discharge)corona discharge)第15页，共133页，编辑于2022年，星期一“特里切尔特里切尔”脉冲脉冲v在一定的条件下，虽然引发电晕放电的电压是恒定的，在一定的条件下，虽然引发电晕放电的电压是恒定的，但电晕放电产生的放电电流却呈现出周期性的脉冲形但电晕放电产生的放电电流却呈现出周期性的脉冲

18、形式。式。v当放电电极为阴极时，电流脉冲重复频率可达到当放电电极为阴极时，电流脉冲重复频率可达到10104 4HzHz。而放电电极为阳极时，这一频率可达到。而放电电极为阳极时，这一频率可达到10106 6HzHz，这一现象是由特里切尔这一现象是由特里切尔(Trichel)(Trichel)于于19381938年发现的，被称年发现的，被称为为“特里切尔特里切尔”脉冲。脉冲。v由于这些频率正好位于射频段，因此会产生强烈的射由于这些频率正好位于射频段，因此会产生强烈的射频干扰。频干扰。静电放电类型静电放电类型第16页，共133页，编辑于2022年，星期一电晕放电危害电晕放电危害v射频干扰射频干扰 飞

19、机、航天器的通讯或导弹在飞行过程中，机壳或弹体飞机、航天器的通讯或导弹在飞行过程中，机壳或弹体上会因摩擦而产生静电，当静电电位足够高时可引发上会因摩擦而产生静电，当静电电位足够高时可引发电晕放电，形成的电磁干扰会对飞机、航天器或导弹电晕放电，形成的电磁干扰会对飞机、航天器或导弹的制导系统产生干扰，造成通讯中断或制导失灵，引的制导系统产生干扰，造成通讯中断或制导失灵，引发事故。发事故。v浪费电能浪费电能 高压输电线上的电晕放电会造成电力浪费。高压输电线上的电晕放电会造成电力浪费。静电放电类型静电放电类型第17页，共133页，编辑于2022年，星期一电晕放电的利用电晕放电的利用v静电除尘静电除尘v

20、脱硫脱硝脱硫脱硝v静电喷涂静电喷涂静电放电类型静电放电类型第18页，共133页，编辑于2022年，星期一静电火花放电静电火花放电 （spark discharge spark discharge）v当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其它导体、当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其它导体、人体或接地导体时，便会引发静电火花放电。人体或接地导体时，便会引发静电火花放电。v静静电电火火花花放放电电是是一一个个瞬瞬变变的的过过程程，放放电电时时两两放放电电体体之之间间的的空空气气被被击击穿穿，形形成成“快快如如闪闪电电”的的火火花花通通道道，与与此此同同时时还还伴伴随随着着噼噼啪啪的的爆爆裂裂声声，

21、爆爆裂裂声声是是由由火火花花通通道道内空气温度的急骤上升形成的气压冲击波造成的。内空气温度的急骤上升形成的气压冲击波造成的。v在在发发生生静静电电火火花花放放电电时时，静静电电能能量量瞬瞬时时集集中中释释放放，其其引引燃燃、引引爆爆能能力力较较强强。另另外外静静电电火火花花放放电电产产生生的的放放电电电电流流及及电电磁磁脉脉冲冲具具有有较较大大的的破破坏坏力力，它它可可对对一一些些敏敏感感的电子器件和设备造成危害。的电子器件和设备造成危害。静电放电类型静电放电类型第19页，共133页，编辑于2022年，星期一刷形放电刷形放电 （brush dischargebrush discharge）v刷

22、形放电电往往发生在导体与带电绝缘体之间，带电绝缘刷形放电电往往发生在导体与带电绝缘体之间，带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率的液体。体可以是固体、气体或低电导率的液体。v产生刷形放电时形成的放电通道在导体一端集中在某产生刷形放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在一定空一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在一定空间范围内。根据其放电通道的形状，这种放电被称为间范围内。根据其放电通道的形状，这种放电被称为刷形放电。刷形放电。v当绝缘体相对于导体的电位的极性不同时，其形成的刷当绝缘体相对于导体的电位的极性不同时，其形成的刷形放电所释放的能量和在绝缘体上产生

23、的放电区域及形形放电所释放的能量和在绝缘体上产生的放电区域及形状是不一样的。状是不一样的。静电放电类型静电放电类型第20页，共133页，编辑于2022年，星期一v当绝缘体相对导体为正电位时，在绝缘体上产生的放电区域为当绝缘体相对导体为正电位时，在绝缘体上产生的放电区域为均匀的圆状，放电面积比较小，释放的能量也比较少。而当绝均匀的圆状，放电面积比较小，释放的能量也比较少。而当绝缘体相对于导体为负电位时，在绝缘体上产生的放电区域是不缘体相对于导体为负电位时，在绝缘体上产生的放电区域是不规则的星状区域，区域面积比较大，释放的能量也较多。规则的星状区域，区域面积比较大，释放的能量也较多。v刷刷形形放放

24、电电还还与与参参与与放放电电的的导导体体的的线线度度及及绝绝缘缘体体的的表表面面积积的的大大小小有有关关，在在一一定定范范围围内内，导导体体线线度度越越大大，绝绝缘缘体体的的带带电电面面积积越大，刷形放电释放的能量也就越大。越大，刷形放电释放的能量也就越大。v刷刷形形放放电电释释放放的的能能量量可可高高达达4mJ4mJ，因因此此它它可可引引燃燃、引引爆爆大大多数的可燃气体。但它一般不会引起粉体的爆炸。多数的可燃气体。但它一般不会引起粉体的爆炸。静电放电类型静电放电类型刷形放电刷形放电 （brush dischargebrush discharge）第21页，共133页，编辑于2022年，星期一

25、沿面放电沿面放电v沿面放电又称传播型刷形放电，旧称利登彼格沿面放电又称传播型刷形放电，旧称利登彼格(Lichtenberg)(Lichtenberg)放电。放电。v只有当绝缘体的表面电荷密度大于只有当绝缘体的表面电荷密度大于2.7102.710-4-4 C/mC/m2 2时才时才可能发生。但在常温、常压下，如此高的面电荷密度可能发生。但在常温、常压下，如此高的面电荷密度较难出现，因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密度较难出现，因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密度的极限值约为的极限值约为2.7102.710-5-5C/mC/m2 2，超过时就会使空气电离，超过时就会使空气电离，只有当绝缘体两侧带有

26、不同极性的电荷且其厚度小于，只有当绝缘体两侧带有不同极性的电荷且其厚度小于8mm8mm时，才有可能出现这样高的表面电荷密度，此时，才有可能出现这样高的表面电荷密度，此时绝缘体内部电场很强，而在空气中则较弱。时绝缘体内部电场很强，而在空气中则较弱。静电放电类型静电放电类型第22页，共133页，编辑于2022年，星期一沿面放电沿面放电 当绝缘板一侧紧贴有接地金属板时，就可能出现这当绝缘板一侧紧贴有接地金属板时，就可能出现这种高的表面电荷密度。另外，当电介质板被高度极化时种高的表面电荷密度。另外，当电介质板被高度极化时也可能出现这种情形。若金属导体靠近带电绝缘体表面也可能出现这种情形。若金属导体靠近

27、带电绝缘体表面时，外部电场得到增强，也可引发刷形放电。刷形放电时，外部电场得到增强，也可引发刷形放电。刷形放电导致绝缘板上某一小部分的电荷被中和，与此同时它周导致绝缘板上某一小部分的电荷被中和，与此同时它周围部分高密度的表面电荷便在此处形成很强的径向电场，围部分高密度的表面电荷便在此处形成很强的径向电场，这一电场会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个绝缘这一电场会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个绝缘板的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中和。板的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中和。沿面放电释放的能量很大，有时可以达到数焦耳，因此其沿面放电释放的能量很大，有时可以达到数焦耳，因此其引燃引爆能

28、力极强。引燃引爆能力极强。静电放电类型静电放电类型第23页，共133页，编辑于2022年，星期一静电放电模型静电放电模型 静电放电是一个复杂多变的过程，常常使得研究者难以静电放电是一个复杂多变的过程，常常使得研究者难以捉摸。再加上静电放电有许多不同的放电形式，能产生静电捉摸。再加上静电放电有许多不同的放电形式，能产生静电放电的静电源多种多样，而且同一静电源对不同的物体放电放电的静电源多种多样，而且同一静电源对不同的物体放电时产生的结果也是不一样的，即使同一静电源对同一物体放时产生的结果也是不一样的，即使同一静电源对同一物体放电，也会受气候、环境等条件的影响，难以得到具有重复性电，也会受气候、环

29、境等条件的影响，难以得到具有重复性的放电结果。由于静电放电的这种多变性，使得难以有效地的放电结果。由于静电放电的这种多变性，使得难以有效地对对ESDESD的危害及其效应进行正确的评估。针对这一问题，的危害及其效应进行正确的评估。针对这一问题，人们对实际中各种可能产生具有危害的静电放电的静电源人们对实际中各种可能产生具有危害的静电放电的静电源进行了深入的研究，根据其主要特点建立了相应的静电放进行了深入的研究，根据其主要特点建立了相应的静电放电模型。电模型。第24页，共133页，编辑于2022年，星期一人体模型（人体模型（HBMHBM）v主要模拟带电人体对电子器件、火工品主要模拟带电人体对电子器件

30、、火工品等放电时，人体作为危险静电源的参数。等放电时，人体作为危险静电源的参数。v不同行业规定的参数不同。例如电子行不同行业规定的参数不同。例如电子行业中，通常用业中，通常用C=100pF,RC=100pF,R15001500 来来模拟人体静电参数。模拟人体静电参数。第25页，共133页，编辑于2022年，星期一A real case of human-body-model(HBM)ESD stress on a packaged IC.人体模型（人体模型（HBMHBM）第26页，共133页，编辑于2022年，星期一A real case of human-body-model(HBM)ESD

31、 stress on a packaged IC.人体模型（人体模型（HBMHBM）第27页，共133页，编辑于2022年，星期一标准标准电容电容/pF/pF电阻电阻/上升沿上升沿/ns/ns时间常时间常数数/ns/ns适用适用范围范围MIL-STD-MIL-STD-15121512GJB736.11-GJB736.11-90905005005005000 025002500火工品火工品MIL-STD-MIL-STD-883E883EGJB128A-97GJB128A-97GJB548A-96GJB548A-961001001501500 010ns10ns150150电子器件电子器件分立器件

32、分立器件集成电路集成电路IEC61340-3-IEC61340-3-1 11001001501500 0210n210ns s150150电子器件电子器件人体模型（人体模型（HBMHBM）第28页，共133页，编辑于2022年，星期一The equivalent circuit of the HBM ESD event with R1=1500ohm and C1=100pF.人体模型（人体模型（HBMHBM）第29页，共133页，编辑于2022年，星期一MIL-STD-883EGBJ128A-97GBJ548A-96人体模型（人体模型（HBMHBM）第30页，共133页，编辑于2022年，星

33、期一短路电流波形MIL-STD-883EGBJ128A-97GBJ548A-96人体模型（人体模型（HBMHBM）第31页，共133页，编辑于2022年，星期一标准：标准：IEC61340-3-1Methods for simulation of electrostatic effectHuman body model(HBM)Component testing第32页，共133页，编辑于2022年，星期一Typical current waveform through a shorting wire(tr)IEC61340-3-1标准：标准：IEC61340-3-1第33页，共133页，编辑

34、于2022年，星期一Typical current waveform through a shorting wire(td)IEC61340-3-1标准：标准：IEC61340-3-1第34页，共133页，编辑于2022年，星期一Typical current waveform through a 500 resistorIEC61340-3-1标准：标准：IEC61340-3-1第35页，共133页，编辑于2022年，星期一Typical current waveform through a 500 resistorIEC61340-3-1标准：标准：IEC61340-3-1第36页，共13

35、3页，编辑于2022年，星期一HBM ESDS HBM ESDS 元器件敏感度分类元器件敏感度分类敏感类别敏感类别电压范围电压范围(V)02501A2505001B50010001C100020002200040003A400080003B 8000第37页，共133页，编辑于2022年，星期一 机器模型（机器模型（Machine ModelMachine Model），简称），简称MMMM。用来。用来模拟带电导体对电子器件发生的静电放电事件。机器模拟带电导体对电子器件发生的静电放电事件。机器模型最初由日本人提出，试图产生模型最初由日本人提出，试图产生“最严酷最严酷”的人体的人体静电放电事件，

36、因此机器模型也称日本模型。静电放电事件，因此机器模型也称日本模型。机器模型的基本电路模型是，机器模型的基本电路模型是，200pF200pF的电容不经的电容不经过电阻直接对器件进行静电放电。机器模型模拟导过电阻直接对器件进行静电放电。机器模型模拟导体带电后对器件的作用，如在自动装配线上的元器体带电后对器件的作用，如在自动装配线上的元器件遭受带电金属构件对器件的静电放电，也可模拟件遭受带电金属构件对器件的静电放电，也可模拟带电的工具和测试夹具等对器件的作用。带电的工具和测试夹具等对器件的作用。机器模型（机器模型（MMMM）第38页，共133页，编辑于2022年，星期一人体金属模型（人体金属模型（B

37、MM)BMM)v模拟带电人体通过手持的小金属物件，如螺丝刀、钥匙模拟带电人体通过手持的小金属物件，如螺丝刀、钥匙等，对其它物体产生放电时的情形，因此这一模型又被等，对其它物体产生放电时的情形，因此这一模型又被称为人体一金属模型。称为人体一金属模型。v带电人体手持小金属物件时，由于金属物件的尖端效带电人体手持小金属物件时，由于金属物件的尖端效应，使得其周围的场强大大增强，再加上金属物件应，使得其周围的场强大大增强，再加上金属物件的电极效应，导致放电时的等效电阻大大减小。因的电极效应，导致放电时的等效电阻大大减小。因此在同等条件下，它产生的放电电流峰值比单独人此在同等条件下，它产生的放电电流峰值比

38、单独人体放电的要大，放电持续时间短。体放电的要大，放电持续时间短。第39页，共133页，编辑于2022年，星期一v在人体在人体-金属放电过程中，包含高速、低速两种放电模式。金属放电过程中，包含高速、低速两种放电模式。v高高速速放放电电模模式式与与手手、前前臂臂及及手手持持小小金金属属物物件件的的“自自由由电电容容”相相联联系系，它它产产生生的的初初始始放放电电电电流流尖尖脉脉冲冲的的上上升升速速度度很很高高，峰峰值值很很大大，可可产产生生强强烈烈的的电电磁磁脉脉冲冲。而而且且它它速速度度高高，持持继继时时间间短短，往往往往使使得得许许多多电电子子设设备备的的ESDESD保保护护装装置置还还没没

39、有有来来的的及及动动作作便便已已侵侵入入设设备备，造造成成设设备备的的损损伤伤。因因而而也也较较难难防防护护，不不过过由由于于与与之之相相联联系系的的放放电电电电容容容容量量较较小小，其其放放电电中中释释放放的的能量也较小，它造成的损伤往往是软损伤或形成随机干扰。能量也较小，它造成的损伤往往是软损伤或形成随机干扰。v低低速速放放电电模模式式则则与与人人体体电电容容相相联联系系，在在放放电电时时释释放放的的能能量量较较大大,引引起起意意外外爆炸及电子器件、系统的硬损伤等等。爆炸及电子器件、系统的硬损伤等等。v这这两两种种放放电电模模式式各各具具特特点点，人人体体-金金属属放放电电模模型型应应能能

40、全全面面地地反反映映出出这这两两种种不不同的放电模式。同的放电模式。v人体人体-金属模型主要用于对系统的人体静电敏感度的测试。金属模型主要用于对系统的人体静电敏感度的测试。人体金属模型（人体金属模型（BMM)BMM)第40页，共133页，编辑于2022年，星期一短路电流波形短路电流波形人体金属模型（人体金属模型（BMM)BMM)第41页，共133页，编辑于2022年，星期一 随着器件生产和装配的现代化，对器件的大部分操随着器件生产和装配的现代化，对器件的大部分操作都是由自动生产线完成，人体接触器件的机会相对减作都是由自动生产线完成，人体接触器件的机会相对减少，电子器件本身在加工、处理、运输等过

41、程中可能因少，电子器件本身在加工、处理、运输等过程中可能因与工作面及包装材料等接触、摩擦而带电，当带电的电与工作面及包装材料等接触、摩擦而带电，当带电的电子器件接近或接触导体或人体时，便会产生静电放电。子器件接近或接触导体或人体时，便会产生静电放电。在生产线上由于带电器件静电放电对敏感电子器件造成在生产线上由于带电器件静电放电对敏感电子器件造成的危害相当突出。通常用带电器件模型（的危害相当突出。通常用带电器件模型（CDMCDM）来描述）来描述带电器件发生的静电放电现象。此模型是带电器件发生的静电放电现象。此模型是19741974年斯皮克年斯皮克曼（曼（SpeakmanSpeakman）等人最先

42、提出的。由于带电器件模型描）等人最先提出的。由于带电器件模型描述的放电过程是器件本身带电而引起的，所以带电器件模型述的放电过程是器件本身带电而引起的，所以带电器件模型失效是造成电子器件损坏、失效的主要原因之一。失效是造成电子器件损坏、失效的主要原因之一。带电器件模型（带电器件模型（CDMCDM）第42页，共133页，编辑于2022年，星期一家俱模型家俱模型 家俱静电放电指的是在计算机房或实验室内那些易于移家俱静电放电指的是在计算机房或实验室内那些易于移动的家俱，如椅子、小的仪器搬运车等，由于摩擦或感应动的家俱，如椅子、小的仪器搬运车等，由于摩擦或感应带电后对其它仪器设备产生的放电过程。带电后对

43、其它仪器设备产生的放电过程。对于家俱对于家俱ESDESD的研究最早是在的研究最早是在IBMIBM公司进行的。该公司公司进行的。该公司为了加强其产品的防为了加强其产品的防ESDESD能力，他们分别对三种形式的能力，他们分别对三种形式的静电放电进行了研究，即人体静电放电进行了研究，即人体ESDESD、人体、人体-金属金属ESDESD和和家俱家俱ESDESD。通过研究与比较，他们认为在同等的放电电位下，。通过研究与比较，他们认为在同等的放电电位下，家俱家俱ESDESD产生的放电电流的峰值要比另外两种形式的产生的放电电流的峰值要比另外两种形式的ESDESD产产生的电流峰值要大，因此其造成的危害也就比较

44、严重。生的电流峰值要大，因此其造成的危害也就比较严重。第43页，共133页，编辑于2022年，星期一场感应模型场感应模型 当对地绝缘的电子器件、仪器、导体及人体处于当对地绝缘的电子器件、仪器、导体及人体处于静电场中时，极化或静电感应会导致这些物体上的电荷静电场中时，极化或静电感应会导致这些物体上的电荷分离，并使它们的电位升高。当外电场足够强时，这些分离，并使它们的电位升高。当外电场足够强时，这些物体上的感应电位可达到足够高，引发这些物体与其它物体上的感应电位可达到足够高，引发这些物体与其它物体之间的静电放电，这一静电放电过程被称为场感应物体之间的静电放电，这一静电放电过程被称为场感应静电放电。

45、静电放电。第44页，共133页，编辑于2022年，星期一场感应模型并不是具体地模拟某一种静电电源，而是场感应模型并不是具体地模拟某一种静电电源，而是总体描述由于静电场的作用导致静电放电而引起器件、仪总体描述由于静电场的作用导致静电放电而引起器件、仪器等失效的一种机制。因此严格地来说应把它称为器等失效的一种机制。因此严格地来说应把它称为“场感场感应失效模型应失效模型”。与它类似的其它一些。与它类似的其它一些ESDESD失效模型还有失效模型还有悬浮器件失效模型、电容耦合失效模型及瞬态感应失效悬浮器件失效模型、电容耦合失效模型及瞬态感应失效模型等等。模型等等。场感应模型场感应模型 第45页，共133

46、页，编辑于2022年，星期一静电放电模拟器静电放电模拟器 尽管静电放电源的电气模型非常简单，但是要制尽管静电放电源的电气模型非常简单，但是要制做出既能反映出真实做出既能反映出真实ESDESD过程的主要特点，又要具有过程的主要特点，又要具有很高的放电重复性的静电放电模拟器是一件非常复杂很高的放电重复性的静电放电模拟器是一件非常复杂的工作。一般的的工作。一般的ESDESD模拟器都是利用集总参数电路实模拟器都是利用集总参数电路实现其功能。但是现其功能。但是ESDESD本身是一个瞬变过程，涉及到频率超本身是一个瞬变过程，涉及到频率超过过1GHz1GHz的高频成分，因此在模拟器中集总器件的布置、寄的高频

47、成分，因此在模拟器中集总器件的布置、寄生参数以及接地线与放电电阻的几何尺寸、形状都会对放电生参数以及接地线与放电电阻的几何尺寸、形状都会对放电波形产生严重的影响。波形产生严重的影响。第46页，共133页，编辑于2022年，星期一在在ESDESD模拟器中有静电高压发生器，又有模拟器中有静电高压发生器，又有控制和测量部分的低压电路，所以为了保证放控制和测量部分的低压电路，所以为了保证放电电流波形满足一定的要求。在设计、制做电电流波形满足一定的要求。在设计、制做ESDESD模拟器时，首先必须解决其本身的电磁模拟器时，首先必须解决其本身的电磁兼容性问题。兼容性问题。在用在用ESDESD模拟器对静电敏感

48、器件或系统进模拟器对静电敏感器件或系统进行检测时，如采用的放电方式不同，要求的模行检测时，如采用的放电方式不同，要求的模拟器的结构及放电电极的形状也不相同。拟器的结构及放电电极的形状也不相同。静电放电模拟器静电放电模拟器 第47页，共133页，编辑于2022年，星期一静电放电敏感度测试时放电方式静电放电敏感度测试时放电方式v空气放电方式空气放电方式v接触放电方式接触放电方式第48页，共133页，编辑于2022年，星期一空气放电方式空气放电方式 用用ESDESD模模拟拟器器对对被被测测物物体体进进行行测测试试时时，使使模模拟拟器器的的放放电电电电极极逐逐渐渐接接近近被被测测物物体体，直直到到电电

49、极极和和被被测测物物体体之之间间形形成成火火花花击击穿穿通通道道导导致致放放电电发发生生为为止止。空空气气放放电电方方式式的的特特点点是是放放电电由由外外部部空空气气击击穿穿形形成成火火花花通通道道而而触触发发的的，因因此此在在设设计计ESDESD模模拟拟器器时时不不需需要要内内部部的的高高压压继继电电器器来来触触发发放放电电。另另外外，在在采采用用此此种种放放电电方方式式时时，为为了了减减小小电电极极的的电电晕晕效效应应，放放电电电电极的顶端一般都被作成球状。极的顶端一般都被作成球状。第49页，共133页，编辑于2022年，星期一v优点：能真实地模拟实际中的静电放电过程。优点：能真实地模拟实

50、际中的静电放电过程。v缺点：放电重复性极差。缺点：放电重复性极差。由于空气放电方式涉及到外部火花通道的形成过程，温由于空气放电方式涉及到外部火花通道的形成过程，温度、湿度以及模拟器放电电极接近被测物体的速度等因度、湿度以及模拟器放电电极接近被测物体的速度等因素都会引起放电过程的显著变化。素都会引起放电过程的显著变化。随着放电电极接近被测物体速度的变化，放电电流的上随着放电电极接近被测物体速度的变化，放电电流的上升时间可由小于升时间可由小于1ns1ns变化到大于变化到大于20ns20ns。而当保持接近速度恒定时也不能得到恒定的电流上升时而当保持接近速度恒定时也不能得到恒定的电流上升时间，在一定的