原创 确定静电放电和电气快速瞬变的阈值

辐射抗扰度和传导抗扰度测试的业界标准要求采用示波器来验证由静电放电(ESD)和电磁耦合发生器产生的脉冲波形和脉冲测量参数，如上升时间、下降时间及脉冲宽度。然而，由于在EMC测试标准中采用的脉冲波形的原因，示波器参数历来都无法准确测量这些参数。传统的脉冲测量需要仪器来确定脉冲的稳态高值(顶部)及脉冲的稳态低值(底部)。采用电压柱状图来确定顶部和底部这两个突出的模式。用来计算脉冲参数(如上升时间、下降时间及脉冲宽度)的阈值水平是根据顶部和底部的值来导出的。例如，上升时间测量中的阈值(定义为信号从10% 跃变到90%的时间)是取决于底部和顶部所定义的0%和100%水平。

考查图1中的电气快速瞬变(EFT)脉冲。此脉冲特性不符合IEEE脉冲参数的定义，这是因为此EFT脉冲没有高、低稳态值。波形以线性快速升高到一尖峰之后，随后以指数趋向渐近线衰减，但不是很快到达此渐近线。没有稳态值时，EFT脉冲会产生不确定的底部和顶部的值。因为要计算上升时间、下降时间及脉冲宽度所用的阈值，就必须确定底部和顶部的值，如果使用传统的示波器脉冲参数，测量就无效了。

EMC脉冲测量要求阈值设定为0%和最大值(其中最大值为波形的峰电压水平)，而不是顶部和底部，来满足测量规范。在过去几年间，现代示波器采用阈值设定为峰-峰、0%到最大值以及0%到最小值，以及标准绝对水平或百分比水平，已经开始可以进行EMC脉冲参数测量了。

图2中获取了一个静态放电波形。加或不加EMC阈值都测量到了脉冲宽度和上升时间。在参数1(P1)中，阈值设定为0%最大值，脉冲宽度正确测定为2.109纳秒。在参数2(P2)中，阈值设定为标准示波器顶部和底部的50%。在这种情况下，测量错误的报告为50.348纳秒，误差达2287%。宽度测量受到的影响非常大，顶部和底部的50%阈值实际上根据错误的脉冲波形得到宽度测量值。参数3(P3)设定为正确的0%到最大EMC阈值，得到的静电脉冲上升时间测量值833皮秒是正确的。注意：在参数4(P4)中，标准上升时间错误报告为873皮秒。使用标准脉冲参数测量时，可能得到错误值。同时要注意，除正确测量图2中的参数P1和P3之外，采用EFT脉冲的0%最大值阈值，也正确计算出了图1所示的测量参数P1和P2。

另外还要注意，因为EMC脉冲下降沿常存在脉冲扰动，采用标准参数时，可能导致测量读数错误。譬如，如果下降沿存在屡次穿过阈值的振铃，就可能得到多个错误宽度读数。为此，采集时需要有可以限制示波器测量数的测量滤波功能。现代示波器有这一滤波功能，此功能可以忽略掉脉冲下降沿类似脉冲的扰动，并将其从测量结果中排除掉。

总之，要准确测量静电放电、电气快速瞬变、浪涌、电压跌落及中断这些脉冲参数，要求有非标准测量功能。选择正确的测量阈值可以使这些信号的测量准确度大为不同。

作者：Mike Hertz，现场应用工程师，LeCroy公司