Verifizierung von ESD-Generator-Impulsen mit Hochleistungsoszilloskopen

Ihre Anforderung

Für die Einhaltung internationaler Normen wie IEC 61000-4-2 ist es entscheidend, dass ein Produkt gegenüber elektrostatischen Entladungen (ESD) widerstandsfähig ist. Präzise und wiederholbare ESD-Tests erfordern einen einwandfrei funktionierenden ESD-Generator, der Impulse mit exakt definierten Eigenschaften erzeugt.
Der Generatorausgang – speziell die Impulsform – muss vor dem Test verifiziert werden. Dies geschieht am zuverlässigsten mit einem kalibrierten ESD-Target und einem Laboroszilloskop. Die in den Normen definierten ESD-Ereignisse bewirken Spitzenströme im zweistelligen Amperebereich bei Anstiegszeiten von weniger als 1 ns, die in empfindliche elektronische Schaltungen fließen können. Die möglichen Folgen reichen von Bauteilschäden über Latch-up-Effekte in integrierten Schaltungen bis hin zu Fehlfunktionen komplexer elektronischer Systeme. Die ESD-Signalform mit den relevanten Parametern gemäß Norm ist im Diagramm dargestellt.

Jeder ESD-Generator muss vor dem Test die Signalform- und Parameteranforderungen erfüllen. Ist die Polarität der vorgegebenen Signalform positiv, muss auch ein negativer Impuls geprüft werden. Ein ESD-Impuls kann hochfrequente Signalanteile bis in den GHz-Bereich enthalten. Um ein solches Signal präzise zu erfassen und zu charakterisieren, sind eine hohe Bandbreite und eine hohe Abtastrate erforderlich. Die Norm fordert eine Mindestbandbreite von 2 GHz sowie eine Abtastrate von mindestens 8 Gsample/s. Nach der präzisen Erfassung der Signalform müssen Strom- und Zeitparameter bestimmt und mit den definierten Toleranzen verglichen werden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Das R&S®RTO6 Oszilloskop erweitert in Kombination mit der R&S®RTO6-K155 EMV/ESD-Testoption die Standard-Oszilloskop-Firmware um eine Suite aus Mess-, Analyse- und Visualisierungsfunktionen für die Analyse und Charakterisierung von EMV- und ESD-Signalen. Die EMV/ESD-Analyseoption stellt vordefinierte Messfunktionen bereit, die den in der Norm definierten Parametern entsprechen. Darüber hinaus können Pass/Fail-Kriterien angewendet und vordefinierte Pegel ausgewählt werden. Für eine weiterführende Analyse der erfassten Signalform stehen anpassbare Messfunktionen zur Verfügung. Mit Hilfe von History- und Trendfunktionen kann eine große Zahl von Messungen erfasst und übersichtlich dargestellt werden. Darüber hinaus kann ein Bericht erstellt werden, um die Verifizierung des geprüften ESD-Generators zu dokumentieren.

Vordefinierte Messparameter

Alle relevanten Parameter sind in der EMV/ESD-Testkategorie vordefiniert und können wie im Menü gezeigt ausgewählt werden. Zusätzlich zu den Parametern muss bei der Durchführung des Tests die Flanke der Signalform definiert werden. Die relevanten Parameter sind:

• Anstiegszeit (tr): Zeit zwischen 10 % und 90 %
• Erster Peak (Ip1): Pegel des ersten positiven/negativen Peaks
• Zweiter Peak (Ip2): Maximal-/Minimalpegel in einem bestimmten Zeitbereich
• I30: Pegel 30 ns nach dem Referenzpunkt
• I60: Pegel 60 ns nach dem Referenzpunkt

Für alle Parameter können Ergebnislinien aktiviert werden, die den gemessenen Wert direkt in der Signalform anzeigen.

Pass/Fail-Kriterien

Pass/Fail-Kriterien spielen eine entscheidende Rolle für die Normkonformität. Alle vordefinierten Parameter gemäß Norm können ausgewählt und in die Pass/Fail-Bewertung einbezogen werden.

Nach der Testausführung wird in den Messergebnissen angegeben, ob der gemessene Wert innerhalb der Grenzwerte liegt oder nicht.

Benutzerdefinierte Messparameter

Für eine weiterführende Analyse können zwei zusätzliche, anpassbare Parameter ausgewählt werden, um die Signalform anhand benutzerdefinierter Pegel und Verzögerungen zu charakterisieren. Die relevanten Parameter sind:

• Lvl@delay: Pegel zu einem definierten Zeitpunkt nach dem Referenzpunkt
• Time to value: Zeitdauer vom Startzeitpunkt bis zu einem definierten Pegel

Fazit

Das R&S®RTO6 Oszilloskop mit der R&S®RTO6-K155 EMV/ESD-Testoption eignet sich ideal zur Verifizierung von ESD-Pulsgeneratoren, bevor Geräte auf ESD-Störfestigkeit geprüft werden. Anwender profitieren von leistungsfähiger Messhardware und vordefinierten Messfunktionen, mit denen sich die Parameter zuverlässig mit den vorgegebenen Toleranzen vergleichen lassen. Flexible vordefinierte Messfunktionen ermöglichen darüber hinaus eine detaillierte Analyse der Signalform. Nach dem Test kann ein Bericht generiert werden. Die Lösung ist ein praktisches Werkzeug zur Beschleunigung von ESD-Störfestigkeitstests, die für die meisten elektronischen Produkte erforderlich sind.