4.1 静电放电抗扰度试验

静电放电抗扰度试验的国家标准在国内已经出过两个版本，分别是GB/T17626.2—1998（等同于国际标准IEC61000—4—2：1995）和GB/T17626.2—2006（等同于国际标准IEC61000—4—2：2001）。考虑到国内多数产品的相关标准尚未修订，因此这两个标准的应用在国内，至少在目前，实际上是并存的。另外，作为标准化的最新动向，国际上又出了最新的2008版IEC61000—4—2标准。本节将介绍这些情况，满足读者渴望了解标准最新发展动向的需要，其中将GB/T17626.2—2006标准放在4.1.10节，而将IEC61000-4-2：2008标准放在4.1.11节中简述。

4.1.1 静电的产生与危害

静电放电是一种自然现象，当两种不同介电强度的材料相互摩擦时，就会产生静电电荷，当其中一种材料上的静电荷积累到一定程度，在与另外一个物体接触时，就会通过这个物体到大地的阻抗而进行放电。静电放电及其影响是电子设备的一个主要干扰源。

经验表明，人在合成纤维的地毯上行走时，通过鞋子与地毯的摩擦，只要行走几步，人体上积累的电荷就可以达到10-6库仑以上（这取决于鞋子与地毯之间的电阻），这样一个“系统”里（人/地毯/大地）的平均电容为几十至上百皮法，可能产生的电压要达到15kV。

研究不同的人体产生的静电放电，会有许多不同的电流脉冲，电流波形的上升时间在100ps～30ns之间。

由于静电的存在，人体成为对电子设备或爆炸性材料的最大危害。电子工程师们发现，静电放电多发生于人体接触半导体器件的时候，有可能导致半导体材料的击穿，产生不可挽回的损坏。静电放电以及紧跟其后的电磁场变化，可能危害电子设备的正常工作。

4.1.2 静电放电试验

GB/T17626.2描述的是在低湿度环境下，通过摩擦使人体带电。带了电的人体，在与设备接触过程中就可能对设备放电。静电放电抗扰度试验模拟了两种情况：① 设备操作人员直接触摸设备时对设备的放电以及放电对设备工作的影响；② 设备操作人员在触摸邻近物体，通过对邻近物体的放电，间接构成对这台设备工作的影响。标准称前一种情况为直接放电，而将后一种情况称为间接放电。

静电放电可能造成的后果是：① 通过直接放电，引起设备中半导体器件的损坏，从而造成设备的永久性失效；② 由放电（可能是直接放电，也可能是间接放电）而引起的近场电磁场变化，造成设备的误动作。

4.1.3 静电放电的模拟

图4.1所示为静电放电发生器基本线路及其放电电流波形。

图4.1中的高压真空继电器是目前唯一能产生重复和高速放电波形的器件。线路中的150pF电容代表人体的储能电容，330Ω电阻代表人体在手握钥匙和其他金属工具时的人体电阻。标准认为用这种人体放电模型（包括电容量和电阻值）来描述静电放电是足够严苛的。

从图中的放电电流波形（标准规定是放电电极对作为电流传感器的2Ω电阻接触放电时的电流波形）可以预见它含有极其丰富的谐波成分，因此它加大了试验的严苛程度。

作为对静电放电发生器的校核（这是确保采用不同品牌放电发生器试验结果可比性与重复性的关键），标准要求在4个不同电压下进行测量，其参数要满足表4.1所示的要求，测量中要用带宽至少为1GHz的示波器。

4.1.4 静电放电试验中的放电方式

静电放电试验有直接和间接两种。标准规定直接放电以接触放电为首选方式，只有在不能用接触放电的地方才改用气隙放电。

对于间接放电，标准中是用金属板来模拟被试设备附近的放电物体。由于是金属板，所以对于间接放电无一例外是采用接触放电为首选的放电方式。

标准之所以用接触放电为首选的放电方式，是因为经历了IEC61000—4—2标准的前身IEC801—2标准执行过程中暴露出来的不足。IEC801—2标准以气隙放电为其唯一的放电方式，标准执行中发现这种放电方式的测试结果重复性和可比性都比较差。造成这种情况的主要原因是气隙放电的放电电流波形受制于下列因素：

（1）放电电极接近被试设备的速度；

（2）被测设备表面的形状对电极场强分布的影响；

（3）环境（如温度、湿度和气压）对放电的影响；

（4）放电电压对放电电流波形频谱的影响（如8kV的放电电流上升时间典型值为1000ps～5ns；电压高于8kV时，电流上升时间可能达到5～30ns）。

此外，在IEC801—2：1984标准中采用气隙放电为唯一放电方式，还与当时找不到合适的测量仪器有关（示波器的带宽还不足以观察到上升速率为1ns的波形）。

到了1991年，IEC801—2标准的修订版出版时，人们已经觉察到气隙放电对测试结果带来的种种弊病（特别是试验结果的重复性和可比性），决定改用接触放电为首选放电方式。但标准仍保留气隙放电作为对非导电性表面的设备（如塑料机箱或表面复有绝缘物的金属外壳）的试验方式。这种试验方式一直延续到IEC61000—4—2标准的颁布。

4.1.5 实验室的型式试验

静电放电分为实验室的型式试验和现场试验两种。标准规定，实验室的型式试验是设备鉴定和认证唯一采用的试验方式。现场试验则受制于现场环境，主要用于现场情况摸底，而不能作为鉴定试验。现场试验要征得用户和制造商双方一致同意后才能进行。

1.试验配置

由于静电放电的电流波形十分陡峭，前沿己经达到0.7～1ns，其包含的谐波成分至少要达到500MHz以上，所以试验室里试验配置的规范性是保证试验结果重复性和可比性的一个关键。

图4.2所示是上海三基电子工业有限公司提供的台式与落地式两种设备的试验配置。

图4.3所示则是试验室实际布局的照片。

上述试验配置也可以由用户自行制作，标准对此做出了规定，归结起来有以下几点。

（1）参考接地板采用0.25mm以上铜板或铝板（铝板易氧化，慎用）。如果用其他金属，厚度至少是0.65mm以上。

参考接地板实际尺寸不限，要求四周均超出被试设备（指地面设备）或试验桌台面水平耦合板（用于台式设备）的每边0.5m以上。

参考接地板要和试验室的保护接地线相连。

（2）水平耦合板（仅台式设备有）和垂直耦合板（后者有绝缘支架）的材料与参考接地板相同。

两块耦合板各有一根两端接有470kΩ电阻的电缆线与参考接地板相连，以便泄放试验中静电电荷。要求所用电阻有承受放电的能力；整个电缆有绝缘保护，避免与接地板短路。

（3）对于台式设备，在水平耦合板上覆一块0.5mm的绝缘薄板，要求试验中此板不明显积聚电荷。

在台式设备试验中，水平耦合板至少比试品的每边大出0.1m。如果试品太大，要么选用更大的试验台；要么选用两张同样的试验台来摆放试品，桌面上的水平耦合板不必焊在一起，可以在两张桌子的拼合处覆一块同样材质的金属，只要各压住每个桌面0.3m以上即可。但要求两张桌子的水平耦合板分别用电阻线与参考接地板相连。

（4）对于地面设备，在参考接地板上要有一个0.1m高的绝缘支座，试品和试品电缆放在绝缘支座上。

（5）上述所有连接线（包括参考接地板的接地电缆、耦合板上的带电阻的连接电缆，以及放电枪接到参考接地板上的接地回线等）都必须保持低阻抗的连接。

（6）其他应注意的事项包括：

① 在距试品1m以内应无墙壁和其他金属物品（包括仪器）。

②试验中的试品要尽可能按实际情况布局（包括电源线、信号线和安装脚等）。接地线要按生产厂的规定接地（没有接地线的就不接），不允许有额外的接地线。

③放电时，放电枪的接地回线与试品表面至少保持0.2m的间距，避免相互间有附加感应，影响试验结果。

2.试验方法

1）直接放电

标准规定，凡被试设备正常工作时，人手可以触摸到的部位，都是需要进行静电放电试验的部位（这样的部位，除机壳以外，其他如控制键盘、显示屏、指示灯、旋钮、钥匙孔、电源线等都在考核范围内）。

试验时，被试设备处于正常工作状态。试验正式开始前，试验人员对试品表面以20次/s的放电速率快速扫视一遍，以便寻找试品的敏感部位（凡扫视中有引起试品数显跳动、动作异常迹象的部位，都作为正式试验时的重点考查部位，应记录在案，并在正式试验时应在其周围多增加几个考查点）。正式试验时，放电以1次/s的速率进行（也有规定为1次/5s的产品），以便让试品来得及做出响应。通常对每个选定点上放电20次（其中10次是正的，还有10次是负的）。

原则上，凡可以用接触放电的地方一律用接触放电。对于涂漆的机壳，如果制造厂未说明是做绝缘的，试验时用放电枪的尖端刺破漆膜对试品进行放电。如果厂家说明是做绝缘使用时，则改用气隙放电。对气隙放电应采用半圆头形的电极，在每次放电前，应先将放电枪从试品表面移开，然后再将放电枪慢慢靠近试品，直到放电发生为止。

为改善试验结果的重复性和可比性，放电电极要垂直试品表面。

2）间接放电

（1）对于水平耦合板，放电枪垂直地在离开试品0.1m处用接触放电方式进行放电。

（2）对于垂直耦合板，耦合板应放在离试品0.1m处，放电枪要垂直于耦合板一条垂直边的中心位置上进行放电。对试品垂直方向的四个面都要用垂直耦合板做间接放电试验。

图4.4所示是台式和落地设备的配置与放电位置例。

4.1.6 静电放电的试验等级

标准将试验等级分成四级：对接触放电分别设为2kV、4kV、6kV和8kV；对气隙放电分别设为2kV、4kV、8kV和15kV。

试验等级的选择与环境因素有关（环境越干燥，试验电压等级也越高）。但对一台具体的产品来说，往往已在相应的产品族标准或产品标准中给出（连同试品的合格评定准则也一并给出）。

4.1.7 试验结果评估

试验结果应按照试验中被试设备功能的丧失或性能降级情况来进行分类，相关的性能等级由设备制造商或试验的申请方来规定，或由制造商与产品购买方双方协商同意。建议按下述情况进行分类：

（1）在制造商、申请方或购买方所规定正常性能的范围内；

（2）在骚扰停止后，功能暂时性丧失或性能降低的现象停止，并且无须操作人员介入，即能自动恢复到正常情况；

（3）功能暂时性丧失或性能降低的现象需由操作人员介入才能恢复；

（4）由于硬件或软件的损坏、数据丢失，功能丧失或性能降低的现象不能恢复。

制造商可以规定对EUT的影响，其中哪些是可以忽视的，哪些则是可以接受的。

这一分类可以被负责通用的、产品的或者产品族标准的委员会用做表述性能判据的指南（在产品或产品族标准中给出）；或在没有合适的通用、产品或产品族标准时，可作为制造商和购买方之间协商同意的性能判据的构架。

4.1.8 试验报告

试验报告应当包含重现试验所需的全部信息。特别是下述内容应予记录：

（1）要求的试验项目；

（2）被试设备与关联设备的标识（如商标名称、产品类型、系列编号）；

（3）试验设备的标识（如商标名称、产品类型、系列编号）；

（4）做试验用的环境条件（如屏蔽室或普通实验室）和气候条件（如温度、湿度和大气压力）；

（5）进行试验时有无所需的特定条件；

（6）由标准或制造商、委托方（或购买方）所规定的性能等级及性能判据；

（7）在骚扰施加期间及以后，在被试设备上所观察到的任何影响，以及影响的持续时间；

（8）试验的结论（通过或失败），以及做出结论的理由（如基于产品标准或产品族标准所规定的性能判据，或者是由制造商和购买方之间所达成的协议）；

（9）在试验中所采用的任何特殊条件，如电缆长度或类型，屏蔽或接地，被试设备的运行条件等，所有这些都要符合试验的规定；

（10）试验的配置和被试设备的布局图画或照片。

4.1.9 静电放电试验的标准点评

（1）标准之所以用接触放电作为放电的首选方式，是因为接触放电的不确定因素较少。

（2）接触放电有着极其陡峭的上升时间，因此放电电流波形中包含了极其丰富的谐波成分，即使选择比较低的试验电压，也能取得比同样等级中电压较高的气隙放电有更加严格的测试结果。

4.1.10 新版国家静电放电抗扰度试验标准（GB/T17626.2—2006）简述

新版国家静电放电抗扰度试验标准于2006年颁布。新标准等同于IEC61000—4—2：2001，用于代替我国目前尚在采用的GB/T17626.2—1998（等同于IEC61000—4—2：1995）标准。由于新老标准中绝大部分的内容都是相同的，这里只将新国标与老国标中增加或修改的部分列出。

1.不接地设备的试验方法

新国标所描述的这个试验适合在安装说明或设计中已规定不与任何接地系统连接的设备或设备部件采用。这里的设备或部件包括便携式的、电池供电的和双重绝缘的设备（Ⅱ类设备）。

原理：不接地的设备或设备中不接地的部件，它们不像由电网供电的Ⅰ类设备那样进行放电，如果在下一次ESD脉冲施加之前不能将电荷释放，就有可能使设备或设备的部件达到所施试验电压的两倍。因此在Ⅱ类绝缘的设备电容里积累了几次ESD放电后，双重绝缘的设备可能被不切实际地充电至很高的电荷，最终以非常高的能量在绝缘体的击穿电压点上放电。

试验配置与4.1.5节中提到的配置细节相同。

为了模拟单次放电（无论是空气的，还是接触的），试品上的电荷应当在每次施加静电放电脉冲之前先行释放。以连接器的外壳、电池的充电端子、金属的天线为例，应当在每次施加静电放电试验脉冲时，先释放掉在需要施加静电放电的金属点或部位上的电荷。例如，使用在水平和垂直耦合板上释放电荷的类似方法，即通过带有470kΩ泄放电阻的电缆进行放电的方法。

由于在试品与水平耦合板（用于台式设备），以及试品与参考接地板（用于地面设备）之间的电容是取决于试品尺寸的，若功能允许，在静电放电试验时可以保留带泄放电阻的电缆安装。在放电电缆中，一个电阻要尽可能地靠近EUT上的试验点，最好小于20mm；另一个电阻接在电缆线的末端附近，与水平耦合板（对台式设备）或参考接地板（对地面设备）相连。

图4.5所示是台式和地面不接地设备的试验例。

试验中，带泄放电阻的电缆的存在，可能会影响某些设备的试验结果，若有争议，在试验期间可先卸掉电缆，再做试验。在一次放电试验结束后，再把电缆装上去，以便在两次连续放电之间，让电荷有足够衰减。

上述方法的主要缺点是操作过于烦琐。作为替代，可采用下述方案：

（1）将两次连续放电之间的时间间隔增长，达到让试品上的电荷自然衰减到允许值所需的时间。

（2）在接地电缆上采用带泄放电阻（如2×470kΩ）的碳纤维刷子。

（3）在试验环境里采用空气-离子发生器来加速试品的“自然”放电过程。

针对最后一种替代方案，在做空气放电试验时，离子发生器应关闭，避免放电枪头上的电荷被离子发生器所产生的离子中和掉。

上述任何一种替代方法的使用都要反映在试验报告里。对于电荷衰减的争议，试品上的电荷可以用一台非接触的电场计来监视，当电荷衰减到初始值的10% 以下时，则认为试品已经放电。

放电时，静电放电发生器的电极应保持正常的垂直于试品表面的位置。

2.对试品的直接放电

除非在通用、与产品相关的或者是产品族标准中另有规定，静电放电仅施加在试品正常使用中可以触及到的点和面上。但下述情况被排除在外（如放电不施加在这些条目上）：

（1）对于只有在维护时才能触及的点和面。在这种情况下，应在相应的文件中特别规定静电放电的简化试验。

（2）只有最终用户检修时才能触及的点和面。例如，对下述这些很少触及的点：在更换电池时触及的电池触点、录音电话的磁带盒，等等。

（3）对于在安装固定后，或者按说明使用后不再触及的点和面。例如，设备的底部以及靠墙壁的一侧，适配连接器的后面。

（4）同轴以及多芯连接器触点，由于它们都有一个金属的连接器外壳。在这种情况下，接触放电仅施加在连接器的金属外壳上。

（5）对于非导电外壳（如塑料的）连接器中可接触到的触点，只采用空气放电来做试验。应当在静电放电发生器上采用圆头的电极来做这个试验。

通常要考虑六种情况，见表4.2。

（6）由于功能的原因，对于那些对静电放电敏感的连接器的触点或其他可触及部分，如测量、接收或其他通信功能的射频输入端，应采用静电放电的警告标识。

这是因为，许多连接器端口是被用来处理模拟或数字的高频信号的，所以不能提供有足够过电压保护能力的器件。在模拟信号的情况下，选用带通滤波器或许是一种解决方案。至于过电压保护二极管，由于寄生电容过大，对试品所采用的工作频率是不利的。

在上述所有情况中，要在相应的文件中推荐专门的试品简化试验。

3.对水平耦合板的放电

对水平耦合板的放电，放电电极的长轴要处在水平耦合板的平面里，且垂直于它的前缘（见图4.6中用虚线圆圈的勾勒部分）。

在朝向EUT每一单元（若适用）的中心点，且与EUT前端相距0.1m处的水平耦合板前缘处，以最敏感的极性，至少做10次单次放电。放电时，放电电极要与水平耦合板的边缘相接触，放电电极的长轴要处在水平耦合板的平面里，且垂直于它的前缘。

另外，要考虑对EUT所有的暴露面做这个试验。

4.1.11 最新国际静电放电试验标准IEC61000—4—2：2008简述

前述两个静电放试验电的国家标准都是从IEC61000—4—2转化而来的，只是选用的版本不同，分别为1995年的第1版和2001年的第1.2版。从标准的发展看，IEC61000—4—2的最新版本是2008年的第2版，该版本尚未转化成新的国家标准，所这里简述它与以往版本间的不同。

应该说IEC61000—4—2：2008与IEC61000—4—2：2001在试验发生器和试验方法上没有根本性的差异，但是在标准的文本上还是有了许多补充，而且占了相当大的篇幅。例如，在标准的正文上增加了静电放电发生器特性的理想化波形方程。又如，在附录中给出了电流测量系统的校正和放电电流的测量（附录B）；满足附录B要求的校准用电流靶实例（附录C）；由人体金属放电和静电放电发生器引起的辐射场（附录D）；测量不确定性的考虑（附录E）；试验结果的变化和升级策略（附录F）。

这里特别提出两张在IEC61000—4—2：2008标准中用来说明不接地设备的静电放电试验的配置图，如图4.7所示。由于布局比较详尽，可供读者试验时参考。

在图4.7中类似于用在水平耦合板和垂直耦合板上的，带有470kΩ泄放电阻的电缆是移走电荷用的首选方法。对于这根带泄放电阻的电缆，它的一个电阻应当接在尽可能靠近受试设备试验点的地方，最好小于20mm。第二个电阻应当接在靠近电缆的末端，对于台式设备，接在水平耦合板上（如图4.7（a）所示）；对于落地设备，接在接地参考平面上（如图4.7（b）所示）。

1.台式设备

对于与参考接地平面没有任何金属连接的台式设备，应采用类似于图4.4（a）的布局来安装。注意在做水平耦合板的间接放电试验时，放电枪的电极长轴要处在水平耦合板的平面里，且垂直于它的前缘。

对于一个金属的、可接触到的部件是在受试设备上的台式设备，当要对它施加静电放电脉冲时，该部件应当通过带有泄漏电阻的电缆接至水平耦合板上，如图4.7（a）所示。

2.落地设备

对于与参考接地平面没有任何金属连接的落地设备，应采用类似于图4.4（b）所示的布局来安装。

带有泄漏电阻的电缆则用于金属的、可接触到的、需要施加静电放电的部件与接地参考平面（GRP）之间，如图4.7（b）所示。