为完成测试设置,需要电缆、衰减器和示波器。使用优质低损耗电缆连接靶、衰减器和示波器。电缆总长要保持在1米以内,这样才能满足IEC和ANSI标准。ANSI C63.16要求双屏蔽电缆,防止信号泄漏影响测量。它还推荐RG-400/U电缆,而RG-214/U尽管是两倍直径,但损耗只有一半,似乎效果更好。还可以使用任何GHz带宽的同轴电缆。
IEC 61000-4-2还规定把示波器放在法拉第笼中,屏蔽示波器受到ESD引发的放射辐射。在标准开发过程中(20世纪90年代初),许多工程师使用模拟荧光存储示波器进行这些测量。标准之所以规定使用屏蔽层,是为了防止模拟示波器上显示的波形失真。屏蔽层也最大限度地减少了放电放射场引起的假触发数量。
目前,大多数高速数字示波器,包括泰克4/5/6系MSOs,都拥有屏蔽精良的输入电路,因此实践中通常不要求法拉第笼。只需把ESD靶安装在1.2平方米铝片上,通常就能防止数字示波器中不想要的触发。
图4. ESD靶和示波器之间的衰减器保护仪器的输入放大器
测试设置方框图如图4所示。需要使用衰减器,保护示波器的输入前置放大器,因为ESD靶可能会产生>50 V的电压。20 dB衰减器很方便,因为它表示10×衰减,把测得电压乘10,就可以得到经过并联的实际电压,然后计算出得到的电流。衰减器必须能够处理最高50 V尖峰,衰减器的带宽必须准确地通过最高4 GHz频率。
选择示波器
在选择示波器时,要特别注意仪器的带宽、上升时间和噪声。为了准确地测量信号,且没有采样误差,示波器必须有充足的带宽。对高斯响应示波器,采样率可能要达到示波器带宽的6倍,当然更典型的情况是带宽的4倍。
在使用数字示波器时,还必须注意采样率。数字示波器在可用带宽上的响应比较平坦,在超过3 dB频率时滚降率很陡。因此,采样率要达到示波器带宽的2.5倍,以避免假信号误差。
示波器要想准确地显示ESD脉冲的上升时间,必须有充足的带宽和上升时间。确定示波器指标是否足够的规则,会因模拟示波器和数字示波器而不同。
对模拟示波器
公认的上升时间和带宽规则是:
· 带宽 = 0.35/(上升时间),或上升时间 = 0.35/带宽
· 示波器的上升时间必须小于输入信号上升时间的三分之一,以便使上升时间测量误差小于等于5%
对数字示波器
计算方法如下:
· 带宽 ≈0.43/(上升时间)
· 示波器的上升时间只要达到信号上升时间的大约0.7倍,就能以百分之几的精度测量上升时间
大多数数字示波器的频响比较平坦,与模拟示波器相比,在-3 dB点以下的频率上生成的衰减较少。因此,数字示波器的测量精度要更高。其次,数字示波器的滚降率较陡,有助于降低假信号误差。
一般来说,人体ESD脉冲的上升时间要小于200 ps。为准确显示这种脉冲,要求的带宽约为0.43/(200 ps),或者2.15 GHz。某些ESD仿真器可能会生成50 ps的上升时间,因此要求8.6 GHz的示波器带宽。
表1. 系统精度变化会引起的测量误差百分比
靶-衰减器-电缆链条会产生一定的信号幅度损耗。不同测试设置之间的损耗变化,DC ~ 1 GHz时必须在±0.3 dB,1 GHz ~ 4 GHz时必须在±0.8 dB。表1显示了<1 dB的系统精度变化会大大影响测量精度。