CST ESD仿真- 接触放电的ESD枪电路模型

ESD仿真能够帮助用户更好地理解系统特性、查看电流分布、查看线缆线路上的电压，这些在ESD测量中是相对困难的。但ESD电磁仿真不能帮我们判断ESD对EUT的影响，比如物理损坏或是否能工作这类的问题，这个要注意。

说到ESD，就一定要提IEC61000-4-2标准，当然还有一些其他的ESD标准，比如ISO10605、HBM、MM、CDM等等，建议没有ESD基础的朋友先学习一下这些标准，了解区别之后，再看ESD的仿真。ESD静电放电仿真属于EMC仿真大类，相关求解器为时域求解器T或TLM，或静电Es。

ESD又可以分成接触放电(Contact)和空气放电(Air)；这两种仿真方法差别很大，其中接触放电比较容易，因为知道接触点和电流路径。

这期我们先看IEC61000-4-2的接触放电电路，标准要求：

电流波形初始上升沿0.7-1ns，峰值3.75A/kV，误差上下10%；30ns时电流2A/kV，误差上下30%;60ns时电流为1A/kV，误差上下30%。  

有人可能不明白了，电流不是A吗？怎么成了A/kV了? 这是对电压归一化了，因为ESD的电压是2-8kV，分四个等级（2kV，4kV，6kV和8kV），测试中只要没事就逐级加压。所以，总结刚才的要求如下表：

由误差标准和能量等级来看，基本上我们就重点关注第一个电流峰值就可以了，第二个峰值之后的波形在各种ESD仿真或测试中不尽相同，很大程度上和ESD枪的接地有关。

下面我们想一想这样的波形最简单的仿真实现方法是什么呢？当然是搭电路喽：

这里1欧姆是代表DUT，还用了一段理想的传输线，193.6mm长，225欧姆阻抗，用来模拟ESD枪的接地背带（strap）。

信号电压参数化，上升沿1ns： 

扫参获得电压电流：

可见：

 若用225欧电阻替代传输线，电流波形是这样的：

若没有传输线（短接），电流波形是这样的：

若有传输线，但长度加大10倍（加大延时），电流波形是这样的：

小结： 

1.  ESD仿真可用电路或三维，本案例是IEC61000-4-2的接触放电电路之一；

2.  ESD发射电路可用来代替三维的ESD枪，优点是计算快，不会有低质量ESD枪三维模型的电磁场影响DUT的问题。缺点是没有高质量的ESD枪三维模型的结果准确；

3.  使用该ESD电路要注意先校准和调试，ESD枪的阻抗最好也放进电路中一起校准，可使用CST特有的Transient Co-simulation场路协同纯瞬态仿真，效果更好。

参考文献：

Caniggia, S., & Maradei,F. (2006). Circuit and numerical modeling of electrostatic discharge generators. IEEE transactions on industry applications, 42(6),1350-1357.