CST EMC仿真 | CST详解ESD抗扰度测试的实质

ESD抗扰度测试的实质

ESD（静电放电）抗扰度测试的本质，是评估电子设备对瞬态、高频共模干扰的抵御能力。其核心在于考察设备在遭受静电放电时，能否避免内部电路受到两种主要干扰机制的影响：共模电流的侵入与瞬变压场的耦合。

ESD干扰的原理

ESD干扰的原理可以从两个方面来分析。
（1）当静电放电发生在EUT的受测部位时，会产生ESD放电电流。分析这些电流的路径与大小具有重要意义。需要注意的是，ESD接触放电电流的上升沿时间通常在1ns以内，说明ESD属于高频现象。ESD放电电流的路径和大小不仅取决于EUT内部的电路连接关系（主要体现在电路原理图中），还会受到分布参数的影响。

（2）ESD测试中产生的瞬态电流还会伴随产生瞬态磁场。当这种变化的磁场穿过电路中的任何环路时，都会在该环路中感应出电动势，从而干扰电路的正常工作。

ESD放电瞬态磁场和瞬态电压如何计算

 

ESD放电瞬态磁场计算公式如下：  

 

其中，H为瞬态磁场，单位A/m，I为静电枪放电瞬态电流，即ESD测试电流，单位A，D是受干扰环路离 ESD 测试电流距离，单位m  

 

   

   

     

ESD放电受干扰环路中瞬态电压计算公式如下：      

     

其中，S是受干扰回路面积，单位m^2,ΔH是上文瞬态磁场，单位A/m，Δt是放电电流上升沿时间，单位s，μ 0 为空气中的磁导率。      

     

本文题目：“CST详解ESD抗扰度测试的实质”，那么我们现在可以上CST仿真了      

     

接下来我们通过CST仿真ESD实例案例来验证上述计算公式，通过CST ESD仿真实例来与理论计算比对，从而通过CST仿真来揭露ESD测试的本质。      

同时用事实和实践说话，通过本案例来看看CST软件和CST电磁兼容性仿真的厉害之处。      

     

话不多说，直接上模型，CST微波工作室建模如下：      

     

     

激励源，也就是静电枪直接对着gnd pin放电，瞬态电流从gndpin，通过系统pcb的gnd，再通过共模滤波电容到机壳地，返回到静电枪的地。如下，本次计算采用激励源最大峰值瞬态电流，也就是15A，它的上升沿时间1.5ns。      

     

     

   

   

     

     

如图所示，简单测一下一些距离参数，估算下，回路面积和距离      

（1）放电电流距离受干扰环路最大15mm，最小4.2mm，取个平均值9.55mm      

（2）受干扰CAN线环路面积0.4mmX26mm      

     

     

     

计算结果如下：      

     

     

     

   

计算出来ESD测试时在最大峰值瞬态电流时受干扰回路瞬态电压是2.178V    

   

接下来再看CST仿真结果    

   

   

从结果上看，CAN线上被 干扰的瞬态电压峰值2.2V左右，跟理论计算结果差别不大。    

   

本文总结    

   

综上所述，ESD抗扰度测试的实质可概括为：它是一项以高频瞬态共模干扰为核心对象的考核，其成败同时取决于设备对共模电流路径的控制能力，以及对瞬变压场的抗耦合设计水平。 理想的ESD防护设计，需在“电流路径”与“磁场环路”两个维度上协同优化，从而确保设备在面临静电放电时，其内部电路能免受直接传导与间接辐射的双重影响。