IEC 61000-4-2 ESD-Kalibrierziel für die ESD-Generatorverifizierung

Ein ESD-Generator kann zwar eine ausgewählte Testspannung wie 2 kV, 4 kV oder 8 kV korrekt anzeigen, aber diese Anzeige allein bestätigt nicht, dass die tatsächliche Entladestromwellenform korrekt ist.

Für zuverlässige Tests der Störfestigkeit gegenüber elektrostatischer Entladung muss der Ausgang des ESD-Generators mit einem geeigneten Strommesssystem charakterisiert werden.

Das ESD-Kalibrierziel stellt die für diese Messung erforderliche Schnittstelle bereit.

Bei der Verifizierung wird der ESD-Generator direkt auf das Zielobjekt entladen. Der resultierende Stromimpuls wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und über einen Dämpfungsregler und ein Koaxialkabel an ein Breitbandoszilloskop übertragen.

Anhand der Oszilloskop-Wellenform können dann die Hauptmerkmale des Entladungsimpulses ausgewertet werden, einschließlich des anfänglichen Strompeaks, der Anstiegszeit und der Stromwerte zu definierten Zeitpunkten.

Das ESD-Kalibrierziel verwendet einen 2 Ω ±5% Messwiderstand , unterstützt ESD-Testspannungen bis zu ±30 kV und bietet eine definierte Einfügungsdämpfung für die gesamte Messkette aus Ziel, Dämpfungsglied und Kabel.

IEC 61000-4-2 legt ein reproduzierbares Verfahren zur Bewertung der Immunität elektrischer und elektronischer Geräte gegenüber elektrostatischer Entladung fest.

Ein vollständiger ESD-Immunitätstest hängt nicht nur vom Prüfling und der gewählten Testspannung ab, sondern auch davon, ob der ESD-Generator die beabsichtigte Entladungswellenform erzeugt.

Die aktuelle IEC-Ausgabe, IEC 61000-4-2:2025 , befasst sich weiterhin mit der idealen Entladestromwellenform, Prüfgeräten, Prüfaufbau und Kalibrierung des Strommesssystems.

In der praktischen Laborarbeit bedeutet dies, dass ein ESD-Generator nicht allein anhand der auf seiner Frontplatte angezeigten Spannung beurteilt werden sollte.

Auch die tatsächliche Entladestromwellenform muss überprüft werden.

Anhand dieser vier Wellenformmerkmale wird beurteilt, ob der ESD-Generator den erforderlichen Entladestromimpuls erzeugt.

Für Labore hilft diese Überprüfung dabei, einen Fehler des Prüflings von einem möglichen Problem mit dem ESD-Generator oder dem Messaufbau zu unterscheiden.

Das Messprinzip ist einfach:

Wenn sich der ESD-Generator auf das Zielobjekt entlädt, fließt der Strom durch das Messelement des Zielobjekts.

Das Zielgerät wandelt den Entladestrom in ein entsprechendes Spannungssignal um. Da der ESD-Impuls sowohl schnell als auch relativ amplitudenstark ist, wird das Ausgangssignal vor dem Erreichen des Oszilloskops durch einen Dämpfungsregler geleitet.

Das Oszilloskop erfasst dann die Wellenform, um die erforderlichen Stromcharakteristika auszuwerten.

Zusammenhang zwischen Entladestrom und gemessener Spannung

Für diese Messkonfiguration:

• Ip = Entladestrom in Ampere
• Vm = Spannung, die mit dem Oszilloskop in Volt gemessen wird

Beispielsweise entspricht ein Entladestrom von 7.5 A einer Oszilloskopanzeige von ungefähr 1.5 V bei der vorgegebenen Zielimpedanz von 2 Ω und einer Dämpfung von 20 dB.

Diese Beziehung gilt für die definierte Messkette. Ändert sich das Ziel, die Dämpfung oder die Anschlussanordnung, muss die Umrechnungsbeziehung entsprechend überprüft werden.

Die vollständige Messkette aus Zielvorrichtung, Dämpfungsglied und Kabel

Ein technisch wichtiger Punkt ist, dass das aktuelle Ziel nicht unabhängig vom Rest des HF-Messpfads betrachtet werden sollte.

Die angegebene Einfügungsdämpfung gilt für das gesamte System:

Zielvorrichtung + Dämpfungsglied + Kabelkette.

Die Einfügungsdämpfung wird für die gesamte Target–Attenuator–Kabel-Kette und nicht nur für das Target allein bewertet.

Dies ist im praktischen Laboreinsatz von Bedeutung.

Eine Änderung der Kabel-, Dämpfungs- oder Steckeranordnung kann den Frequenzgang des Messsystems verändern und somit die erfasste ESD-Wellenform beeinflussen.

Für Kalibrierungs- oder rückführbare Verifizierungsarbeiten sollten Labore daher die vollständige Messkette definieren und aufrechterhalten.

Das ESD-Kalibrierziel ist eine Komponente des gesamten Verifizierungsaufbaus. Es handelt sich nicht um ein eigenständiges automatisches ESD-Kalibriersystem.

Das Zielobjekt ist in der Wand eines abgeschirmten Raumes oder in einer leitfähigen Metallplatte von mindestens 1.2 m × 1.2 m installiert.

Die physische Anordnung des ESD-Generators ist ebenfalls wichtig.

Das Erdungskabel muss sorgfältig positioniert werden, da seine Geometrie die gemessene Wellenform, insbesondere die Strommesswerte bei 30 ns und 60 ns, erheblich beeinflussen kann. Eine falsche Verlegung kann Schwingungen hervorrufen, die den beobachteten Impuls verfälschen.

Aus diesem Grund sollte die Überprüfung der ESD-Wellenform als ein vollständiges Messverfahren betrachtet werden und nicht einfach als das Anschließen eines Prüflings an ein Oszilloskop.

Der optionale 50 Ω konische Adapter dient einem anderen Zweck als dem ESD-Stromziel.

Der aktuelle Sollwert wird bei der Messung der vom ESD-Generator erzeugten Entladung verwendet.

Der 50 Ω konische Adapter wird bei der Überprüfung der HF-Eigenschaften des Strommesssystems verwendet.

Es stellt einen Übergang zwischen einer 50 Ω Koaxialmessverbindung und der Geometrie des Strommessobjekts her.

Wenn zwei Adapterleitungen einander gegenüberliegend montiert sind, bietet die Verifizierungskonfiguration Folgendes:

• Reflexionskoeffizient besser als 30 dB bis zu 1 GHz;
• Reflexionskoeffizient besser als 20 dB bis zu 4 GHz;
• Die Einfügungsdämpfung liegt in der angegebenen Konfiguration unter 0.3 dB.

Aktuelles Ziel vs. Verifizierungsadapter

Der konische Adapter muss daher nicht als separates ESD-Prüfgerät betrachtet werden. Er ist ein optionales Verifizierungszubehör für das aktuelle Ziel.