ISBN 978-3-8439-1838-1

978-3-8439-1838-1, Reihe Elektrotechnik

Friedrich zur Nieden
Charakterisierung und Modellierung von ESD-Prüfgeneratoren

143 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Elektronische Komponenten und Systeme können durch elektrostatische Entladungen (ESD) gestört oder zerstört werden. Die ESD-Festigkeit von Produkten kann durch die Anwendung von Prüfnormen bestimmt werden. Bei der Prüfung von elektronischen Systemen der Konsumgüter- und Automobilindustrie werden nach IEC 61000-4-2 und ISO 10605 standardisierte ESD-Generatoren eingesetzt, welche die Entladung einer Person über ein Metallstück nachbilden sollen.

Für die Simulation einer ESD-Prüfung sind Modelle von ESD-Generatoren erforderlich. Um genaue Aussagen treffen zu können, sollten individuelle Unterschiede zwischen den standardisierten Generatoren berücksichtigt werden, die einen Einfluss auf das Testergebnis haben können. In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Charakterisierung und Modellierung von ESD-Generatoren beschrieben. Die frequenzabhängigen individuellen Generatorimpedanzen werden potenzialfrei unter Verwendung eines Stromsensors am Hochspannungsrelais und zwischen Entladespitze und Masse mit dem Netzwerkanalysator bis hin zu einem Gigahertz bestimmt. Die Messdaten können nach Anwendung von De-embedding-Verfahren und Überführung in ein approximiertes Zustandsraummodell für die Simulation komplexer Elektroniksysteme mit beliebigen Schaltungssimulationsprogrammen verwendet werden.

Das Verfahren wird an einem Noiseken ESD-Generator validiert. Die Modell-Impedanzen werden durch Messung im Frequenzbereich bestimmt. Ein Vergleich von Simulation und Messung im Zeitbereich zeigt, dass die Impedanz der Pulsquelle sehr gut durch das Modell abgebildet wird. Durch die Hinzunahme von Ports kann das Modell erweitert werden, um Feldkopplung zwischen der ESD-Pulsquelle und Leitungsstrukturen abzubilden. Die Methode wird für eine Beispielkonfiguration mit einem Leiter, welcher in der Umgebung der Entladespitze des ESD-Generators verläuft, angewendet. Auch hier wird eine gute Übereinstimmung von simulierten und gemessenen Kurven im Zeitbereich für verschiedene Abschlüsse des Leiters erzielt.

Das in dieser Arbeit beschriebene Verfahren ist zur Charakterisierung und Modellierung von ESD-Pulsquellen mit Anstiegszeiten größer 400 ps geeignet. Der Anwendungsbereich erstreckt sich über die Modellierung von standardisierten Prüfmitteln bis hin zu speziellen Konfigurationen wie etwa die Entladung von Teilen der Konstruktion oder die ESD-Einkopplung auf die Platine eines Steuergerätes.