Welche Störwirkung eine ESD-Pistole auf die Elektronik hat

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Wenn der Strom der ESD-Pistole gemessen werden soll

Bild 3: Shunt mit spezieller Schirmung zur Messung des Pistolenstroms
(Foto: Langer EMV)

Der Pistolenstrom wird mit einem Shunt, wie im Bild 3 dargestellt, gemessen. Dieser Shunt muss extrem gut geschirmt sein und Anstiegszeiten <100 ps erfassen. Das Ausgangssignal des Mess-Shunts wird mit einem 4-GHz-Oszilloskop gemessen. Dafür werden Bandbreiten von mindestens 3 GHz benötigt. Die Störvorgänge der ESD-Pistole würden eine übliche Messung mit Oszilloskop unmöglich machen. Deshalb wurde ein besonders geschirmter Messaufbau entwickelt. Der Shunt ist in eine GND-Fläche eingebettet. Ein speziell geschirmtes Kabel stellt die Verbindung zu einem Schirmzelt her. Das Zelt besitzt HF-dichte Durchführungen für alle Zuleitungen zum Oszilloskop. Der Aufbau ist in Bild 4 dargestellt. Nachfolgend soll an zwei Typen von ESD-Pistolen gemessen werden.

Bild 5: Erste Entladestromspitze mit 500 ps/div (links) und Zeitverlauf des Entladestromes von Pistole 1 (rechts)
(Foto: Langer EMV)

Der Ausgangsstrom beider ESD-Pistolen Bild 5 und 6 ist ähnlich und zeigt den ESD-typischen Zeitverlauf. Im rechten Teil der Bilder 5 und Bild 6 wurde die erste Entladestromspitze mit höherer Auflösung erfasst. Bei beiden Pistolentypen liegen auf der 1-ns-Vorderflanke der Stromspitze drei Maxima eines Einschwingvorgangs. Die Steilheit der Flanke wird in drei Abschnitten durch Überlagerung wesentlich erhöht. Der zeitliche Bereich der Erhöhung liegt bei ca. 200 ps. Bei der Einkopplung in den Prüfling kommt es auf die Flankensteilheit an. Die Einkoppelwege in den Prüfling folgen dem Differential dΦ/dt. Der Pistolenstrom erzeugt auf dem Weg zur Störsenke den magnetischen Fluss Φ. Er durchsetzt die Elektronik und induziert in ihren offenen Leiterschleifen die Spannung u_ind = dΦ/dt. Die steilsten Abschnitte der Stromspitze induzieren die höchsten Störspannungsimpulse.

Bild 7: Der Spitzenstrom von Pistole 1 induziert eine Spannung in einer Leiterschleife mit 8,25 mm² (Der Spitzenstrom und die induzierte Spannung konnten nicht gleichzeitig gemessen werden, so dass beide Kurven nicht genau ineinander überführbar sind).
(Archiv: Vogel Business Media)

In Bild 7 ist der Entladestrom aus Bild 5 gemeinsam mit der induzierten Spannung dargestellt. Die Spannung wurde an einer Schleife mit 8,25 mm² umschlossener Fläche gemessen. Schleifen dieser Größe können in EMV-optimierten Baugruppen als Restschleifen vorhanden sein. Die induzierte Spannung folgt, verknüpft über das Differential dΦ/dt, dem Entladestrom. Sie erreicht für ca. 100 ps Werte von 7 V. Schnelle ICs erkennen kurze Impulse. Langsamere IC können den schnellen Einschwingpulsen nicht folgen. Ihre dynamische Schalt-/Störschwelle glättet den Spannungsverlauf. Der IC registriert dann den 1-ns-Impuls, der durch das Differenzieren des 1-ns-Stromanstiegs entsteht.

Der geglättete Verlauf wurde durch geschätztes Glätten der induzierten Spannung gebildet (Bild 7). Er besitzt einen geringeren Scheitelwert als die Spannungsspitzen mit 200 ps. Damit besitzt der Einschwingvorgang auf der Entladestromspitze eine höhere potenzielle Störwirkung als der 1-ns-Stromanstieg. Damit die Störwirkung besser beschrieben wird, benötigt man den Kurvenformparameter für den Einschwingvorgang der Entladestromspitze.

* Gunter Langer ist Geschäftsführer bei Langer EMV in Bannewitz bei Dresden.

(ID:36091970)

ESD-Schutz, Teil 1

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