汽车电子ESD与普通电子产品ESD在静电测试上的标准比较

ESD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电荷累计到一定程度，在与另外一个物体接触时，就会通过这个物体将电荷导入大地从而进行放电。静电放电及其影响是我们在电磁兼容领域（EMC）所关心的重要一点。
静电问题对电子设备来说是必须考虑和预防的。为了防止电子设备在静电干扰时出现产生不必要的误动作，因此各个国家、各行业也都对于相关的电子设备做出了静电测试（ESD）要求。本文就以普通电子产品的国际基础标准要求与汽车电子的国际标准（以雪铁龙企业标准为例）做一比较。

主要差异如下：

标准 静电 要求	普通电子产品 国际基础标准	汽车电子
		国际标准	雪铁龙要求
标准号	IEC 61000-4-2: 2001	ISO 10605: 2001	B21 7110: 2005
静电要求	储能电容：150（1±10%）pF 放电电阻：330（1±10%）Ω 充电电阻：50MΩ与100MΩ之间 输出电压：接触8KV；空气15KV 输出电压示值的容许变差：±5% 输出电压机型：正负极（可切换） 保持时间：至少5s 放电，操作方式：单次放电（连续放电之间的时间至少1s） 放电电流波形：见图a	ESD模拟器应具有一下特征： 电压范围：-25KV ～ +25kV 电容：330±10%pF，150±10%pF 电阻：2000Ω±10% 上升沿时间： 1）直接接触：0.7ns～1ns 2）空气放电：≤5ns	未供电静 测试： 电压范围：-30KV ～ +30kV 功率积聚电容：150pF 放电电阻：330Ω 供电静电测试： 电压范围：-25KV ～ +25kV 功率积聚电容：330pF 放电电阻：2kΩ 静电放电发生器需按照ISO 10605标准校准
试验环境的要求	环境温度：15oC～35oC 相对湿度：30%～60% 大气压力：86～106kPa	环境温度：23oC±5 相对湿度：30%～60%（推荐20oC和30%）	相对湿度为20％至60％之间进行，30％值时优先考虑
接地平板	最小厚度为0.25mm的铜或铝的金属薄板，其他金属至少有0.65mm厚度，最小尺寸为1m2,且每边至少伸出受试设备或偶合办之外0.5m，接地线总长一般为2m	厚度至少为1mm的金属薄片，面积至少为1m2,且外沿超出EUT投影轮廓的距离至少100mm，接地面板与实验设施地相连，连接地线长度小于2m，宽度至少50mm	符合ISO 10605标准要求
测试桌和绝缘快	测试桌：高0.8m 水平耦合板面积：1.6m×0.8m 绝缘层厚度：0.5mm	绝缘材料要求：洁净无稀释性 厚度：25±2.5mm 大小：与EUT投影轮廓各边距离至少20mm	符合ISO 10605标准要求，额外要求： EUT应放置在0.5至5mm的绝缘支架上
垂直耦合板	大小：0.5×0.5m 与EUT距离：0.1m	无垂直耦合面板要求	无垂直耦合面板要求
施加放电方式以及	直接接触放电 间接放电： （利用静电发生器对耦合板的放电来模拟间接放电） 空气放电： （包括涂层材料为绝缘材料的金属外壳）	直接接触放电 空气放电	接触放电 间接放电 空气放电
静电放电施加点	只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的金属点和面	可触及得到的，暴露于表面的把手、按键、开关等操纵件，或车内乘员容易触及的表面	乘客舱中用户可直接或间接接触的每个点， 发动机或乘客舱外部易接触的点，远程模式下用户易接触到的每个输入输出引脚， 距离乘客舱和发动机较远出的由几件设备组成的单元
静电放电时EUT工作模式	EUT处于典型的工作条件	被试设备至少工作于待机运行模式	设备未供电情况 和 供电状态下正常运行状态
实验等级的选择	见附表A	见附表 B	见附表 C & D
判定标准要求	a) 在制造上，委托方或购买方规定的限值内性能正常 b) 功能或性能暂时丧失或降低，但在骚扰停止后能自行恢复，不需要操作者干预 c) 功能或性能暂时丧失或降低，在操作这的干预下才能恢复 d） 因设备硬件或软件损坏，或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低	A:设备或系统在暴露于干扰期间和之后，能执行其预先设计的所有功能 B: 设备或系统在暴露于干扰期间，能执行其预先设计的所有功能，有一项或多项指标超出规定偏差。所有功能在移除直接暴露干扰之后自动回复到正常允许范围内。预先设计功能维持A类水平 C: 设备或系统在暴露于干扰期间，不执行其预先设计的一项或多项功能，但在 直接暴露干扰之后能自动回复到正常操作状态 D: 设备或系统在暴露于干扰期间，不执行其预先设计的一项或多项功能，直到移除直接暴露干扰之后及通过简单的“操作或使用”复位动作之后才能自动恢复到正常操作状态 E: 设备或系统在暴露于干扰期间和之后，不执行其预先设计的一项或多项功能，且如果不修理或不替换设备或系统，则不能恢复其操作

附表A： IEC 61000-4-2针对不同等级产品的放电电压要求

附表A： IEC 61000-4-2针对不同等级产品的放电电压要求

表B： ISO 10605针对电子模块（通电运行）实验严酷程度等级

ESD

附表C：B21 7110 针对未通电设备的静电要求

附表C：B21 7110 针对未通电设备的静电要求

附表D：B21 7110 针对通电设备的静电要求

附表D：B21 7110 针对通电设备的静电要求

静电作为日常生活中经常发生的自然现象，为防止由于静电现象所造成的损害，因此在各类别产品、各个国家以及各个行业都有着一些特殊的要求，以上内容只是针对汽车电子和普通电子产品静电测试过程中主要的差异部分加以简单的分析比较。事实上，汽车电子EMC的要求相对普通电子（IT，AV设备）要求要复杂得多，不仅仅国际标准之间有不少的差异，就是各个主要汽车厂家对EMC的要求也不尽相同。

　　ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握 ESD 的相关知识。为了定量表征 ESD 特性，一般将 ESD 转化成模型表达方式，ESD 的模型有很多种，下面介绍最常用的三种。

　　1.HBM：Human Body Model，人体模型：

　　该模型表征人体带电接触器件放电，Rb 为等效人体电阻，Cb 为等效人体电容。等效电路如下图。图中同时给出了器件 HBM 模型的 ESD 等级。

ESD人体模型等效电路图及其ESD等级

Human Body Model，人体模型及其ESD等级

　2.MM：Machine Model，机器模型：

　　机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容(Cb)是 200pF，等效电阻为 0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取 200pF。由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。

Machine Model，机器模型

Machine Model，机器模型及其ESD等级

　3.CDM：Charged Device Model，充电器件模型：

　　半导体器件主要采用三种封装型式(金属、陶瓷、塑料)。它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料(如包装用的塑料袋、传 递用的塑料容器等)相互磨擦，就会使管壳带电。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。CDM 模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：

Charged Device Model，充电器件模型

Charged Device Model，充电器件模型及其ESD等级

　　器件的 ESD 等级一般按以上三种模型测试，大部分 ESD 敏感器件手册上都有器件的 ESD数据，一般给出的是 HBM 和 MM。

　　通过器件的 ESD 数据可以了解器件的 ESD 特性，但要注意，器件的每个管脚的 ESD 特性差异较大，某些管脚的 ESD 电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口 ESD电压会比较低。

　　ESD 防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。下图是一个 ESD 防护的流程图：

ESD 防护的流程图

ESD 防护设计流程图

　   ESD 防护设计可分为单板防护设计、系统防护设计、加工环境设计和应用环境防护设计，单板防护设计可以提高单板 ESD 水平，降低系统设计难度和系统组装的静电防护要求。当系统设计还不能满足要求时，需要进行应用环境设计防护设计。ESD 敏感器件在装联和整机组装时，环境的 ESD 直接加载到器件，所以加工环境的 ESD 防护是至关重要的。

　　一般整机、单板、接口的接触放电应达到±2000V(HBM)以上的防护要求。器件的 ESD 防护设计是在器件不能满足 ESD 环境要求的情况下，通过衰减加到器件上的 ESD 能量达到保护器件的目的。ESD 是电荷放电，具有电压高，持续时间短的特点，根据这些特点，ESD 能量衰减可通过电压限制、电流限制、高通滤波、带通滤波等方式实现，所以防护电路的形式多种多样，这里就不一一列举。

Q1.        
在目录和各媒体的ESS系列内有的ISO10605标准是什么？
        
ISO10605标准是，[路上行车时，从静电放电对电气的干扰的试验方法]。用静电放电现象，对汽车以及车载电子零件的抗扰度进行评价的国际试验方法标准。在标准里，记录了汽车本身和车载电子零件的评价手顺的相关内容，以及设想了这么样的事例。

• 组装时，发生的静电气放电现象
• 专卖店人员作业时产生的静电气放电现象
• 汽车的乘坐人员利用时产生的静电气放电现象
  

ISO 10605标准在IEC 61000-4-2标准上加上了汽车特有的现象的记录。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
                                                  
Q2.        
在ISO10605标准里，CR定数的组合和放电枪的尖端部为什么会有好几种？
        
ISO 10605标准里，作为静电气放电现象，规定有4CR定数。　　

• 150ｐF/330Ω：车辆外的人，手拿着金属物进行触摸的状态。
• 330pF/330Ω：车辆内的人，手拿着金属物进行触摸的状态。
• 150pF/　2kΩ：车辆外的人，直接进行接触的状态。
• 330pF/　2kΩ：车辆内的人，直接进行接触的状态。
  

还有，本试验器为了让电流波形第一峰值的允许误差值按照要求对应，不用调整充电电压，可以实现放电回路的电感的切换。就是因为这个预备了２KΩ放电盒和330Ω放电盒2种。