CN103296997A

CN103296997A - 传输线脉冲发送

Info

Publication number: CN103296997A
Application number: CN201310113381XA
Authority: CN
Inventors: F·法比兹; A·A·萨尔曼
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: US9829526B2; CN103296997B; US20130214616A1

Abstract

本发明涉及一种使用传输线脉冲发送进行静电放电测试的电路和方法。多个传输线网络被连接到被测试设备，并且每个传输线网络可以具有不同的连接终端。开关可以被用来选择哪个传输线网络被连接到被测试设备，以及哪个终端(如果存在)被连接到传输线网络。

Description

传输线脉冲发送

本申请要求2012年2月21日申请的美国临时申请NO.61/601361的优先权，其通过引用合并于此。

背景技术

静电放电(ESD)通常是一种高压短持续时间事件，通常涉及几百至几千伏范围的电压，并且通常持续10至150纳秒的时间。诸如电子元件、电子电路和系统的设备以及诸如汽车的更大系统通常被测试以确保它们能够承受各种标准化的ESD事件。为了ESD测试，以标准方式仿真ESD的一种常用方法是将浮接/未接地(floating)的传输线充电至预定高压，然后将该传输线放电至被测试设备(Device Under Test，DUT)。这种方法被称为传输线脉冲发送(Transmission Line Pulsing，TLP)。图1A说明了一种基本TLP测试系统100。高压DC电源102通过高阻抗(R_S)和开关104给传输线106充电。传输线106被充电后，开关104将传输线的一端连接到DUT108。传输线106产生单个电压脉冲，其具有由沿传输线的长度的传播时间决定的脉冲宽度。终端阻抗R_L与传输线106的阻抗匹配，以防止反射。

一些ESD事件可能比单个电压脉冲更复杂。例如，它们可能涉及正脉冲之后跟随着负脉冲。在图1A中，如果终端电阻RL被除去(有效地无穷大终端电阻)，那么将产生反射脉冲，其具有与高压DC电源相反的极性。可替换地，终端电阻可以由与传输线的阻抗不同的阻抗构成，电压波形将在阻抗不连续处被局部反射。

在一些测试系统中，ESD测试的目的是确保DUT能够承受标准仿真ESD电压波形。在其他测试系统中，目的是表征在ESD过程中将要保护系统的设备或电路的阻抗特性。保护设备(例如，可控硅整流器或晶闸管)可能在高压下接通(称作骤回)，然后在下降电压(称作保持点)下传导电流。表征保护设备在多个电流水平下的阻抗所需要的电压波形必须具有足以接通保护设备的峰值电压，然后“步进”降低到一个或更多个保持点电压。所得到的测试系统被称为多级TLP系统。图1B说明了一种示例性多级TLP测试系统110。在图1B中，存在两个串联的不同长度的传输线部分(114，116)，它们被串联电阻R_SERIES隔开。两个部分都被预先充电。当开关118闭合时，在传输线的每个部分中产生脉冲。在每个阻抗不连续处，电压在传输线的每个部分中被局部反射。脉冲和反射在DUT处叠加和抵消，以形成“步进”的多级电压脉冲。通过变化的DUT、开关和电阻的布置，可以存在多种变化。

对于不同的产品种类，存在用于ESD测试系统的许多不同标准。存在仿真源于人体的ESD的标准系统(人体模型)、用于汽车工业的标准系统(ISO10605，Zwickau)、用于诸如移动电话、计算机和电视的电子产品的标准系统(IEC61000-4-2)以及由诸如JEDEC、ESDA和JIETA的其他标准实体指定的标准系统。一些ESD测试需要复杂的设施，它们通常只能由最终产品例如汽车的制造商进行。对于为多种最终产品提供零件或子系统的卖主来说这是个问题。零件或子系统卖主需要能够运行各种不同的标准测试。ESD测试系统必须能够灵活地产生与各种工业ESD测试标准一致的各种电压波形。

附图说明

图1A是示例性现有技术传输线脉冲系统的简化示意框图。

图1B是示例性可替换的现有技术传输线脉冲系统的简化示意框图。

图2是传输线脉冲系统的示例性实施例的简化示意框图。

图3A是说明由图2所示的系统中的传输线产生的示例性电压波形的时序图。

图3B是说明由图2所示的系统中的第二传输线产生的示例性电压波形的时序图。

图3C是说明图2所示的系统中在DUT处产生的示例性电压波形的时序图。

图4是说明由图2所示的系统中的传输线产生的示例性可替换电压波形的时序图。

图5A、5B、5C和5D是说明传输线网络的可替换示例性实施例的示意框图。

图6A、6B和6C是说明阻抗网络的可替换示例性实施例的示意框图。

图7是用于产生ESD测试电压波形的方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图2说明了能够产生各种波形的TLP系统200的一个示例性实施例。系统200包括高压DC电源202和传输线网络(206，208，210，212)。第一开关204将电源202连接到传输线网络的一部分的第一端。然后开关204将传输线网络的该部分的第一端连接到DUT216。第二开关214确定哪个传输线网络被电源充电以及哪个传输线网络被耦合到DUT216。第三开关218决定传输线网络的哪个第二端(如果有的话)被连接到终端。应该注意，由第二开关214选择的传输线网络被有效地并联连接，以及由第三开关218选择所连接的终端。在图2的示例中，也可以存在与DUT216串联的阻抗234。如结合图5A-5D更详细讨论的，网络可以是单独的传输线，或者网络可以包括多个传输线。传输线可以具有不同的长度和不同的特征阻抗。

在图2所示的示例中，每个单独的传输线网络可以连接到两个终端之一，或者可以保持开路。传输线的网络(例如，网络212)可以连接到多个终端(例如，终端230和232)，或者可以保持开路。终端220可以是例如与传输线206的特征阻抗匹配以防止反射的阻抗。终端222可以是例如在传输线208中引起局部反射的阻抗。对于传输线而言，使开关218保持打开就是使传输线的端部保持开路(实质是无穷大阻抗)，以提供全幅值反射。终端的数量和类型仅仅是为了图示说明目的的示例。每个传输线网络可以利于任何数量的终端和任何种类的终端。此外，传输线网络可以连接到多个终端。终端还可以包括例如电容器、电感器、固定或可变电压源、齐纳二极管、可变电阻、非线性电阻和有源器件。然后阻抗网络和/或有源器件可以被用于产生振荡波形，或指数衰变波形，或其他更复杂波形。在图2中，一些说明的示例包括电容性网络224、电压箝位器226、齐纳二极管228、非线性电阻230和有源器件232。

在图2的示例系统200中，传输线可以具有不同的特征阻抗。例如，在图2中，传输线208可以具有与传输线206相同的特征阻抗，或者传输线208可以具有与传输线206不同的特征阻抗。具有不同特征阻抗的传输线在产生复杂波形时可以提供额外的灵活性，尤其是在传输线网络中(结合图5A、5B、5C和5D更详细讨论)。

为了进一步说明图2的系统200的功能，例如假设传输线206和208被充电。进一步假设传输线206被连接到终端220，并且终端220的阻抗抑制传输线206的反射。进一步假设传输线208被连接到终端222，并且终端222的阻抗抑制传输线208的反射。进一步假设传输线208的长度是传输线206的一半。所产生的理想波形在图3A-3C中示出。

在图3A中，传输线206产生没有反射的脉冲300。在图3B中，传输线208也产生脉冲302，其持续时间是传输线206产生的脉冲的一半持续时间，也没有反射。如图3C所示，首先，来自传输线208的脉冲增加到由传输线206产生的脉冲。然后，当来自传输线208的脉冲结束时，DUT处的最终电压波形304逐步减低。在图3C中，为了简化解释，示出了单个步进降低，但是具有来自多条传输线的局部反射的其他组合可以产生具有多个步进的波形。

可替换地，假设只有传输线206被充电，并且进一步假设传输线206没有连接到任何终端。在图4中，DUT处的最终波形400具有跟随有负反射的正脉冲。作为进一步的替换，具有串联的电感器和电容器的终端可以提供振荡波形。作为另一替换，具有串联的电阻器和电容器的终端能够提供指数衰减的波形。

在前述每个示例中，开关214连接单个传输线，或者多个并联的单个传输线。在图2中，元件212描述了可以产生更复杂波形的传输线网络。在每个示例中，不同传输线可以具有不同的长度。图5A-5D说明了可以由开关(图2，214)选择的传输线网络(图2，212)的示例。图5A说明了并联连接的两个传输线500和502，并且该并联组合与另一传输线504串联连接。图5B说明了其间串联有电阻510的两个传输线506和508，并且该组合与传输线512并联连接，并且该组合与传输线514串联连接。图5C说明了与传输线518并联连接的传输线516，并且传输线518具有与其外部导体连接的DC电压520。图5D具有传输线的多级组合，仅仅是为了说明传输线的复杂网络可以用来产生复杂波形。此外，如上面结合图2讨论的，网络中的传输线可具有不同的特征阻抗。

在图2的示例中，在第一开关204和DUT之间可能存在可选的阻抗网络234。在图6A的示例中，阻抗网络234可以仅仅是电线或传输线。在图6B的示例中，阻抗网络234可以是电阻衰减器。在图6C的示例中，阻抗网络234可以是无源元件的更复杂网络。

图3C和图4的两个示例说明了图2所示的系统能够产生各种各样的电压波形，其具有各种脉冲宽度、多个电平以及同时具有正峰和负峰。图5A-5D的示例说明了传输线可以被组合成复杂网络以产生复杂波形。图2中所示的一个系统能够提供这样的电压波形，其在具有非常不同的需求的多种工业中复制由标准ESD测试系统产生的电压波形。例如，图3C中的电压波形对于ESD保护设备的阻抗特性是有用的，该测试可以用不同的阻抗重复，以提供额外的保持点。在一个具体示例中，基本如图2所示的系统已经被用于复制ISO和IEC波形以便进行具有四个步骤的片上测试，其中一个传输线用于300纳秒脉冲，一个传输线用于200纳秒脉冲，并且两个传输线用于40纳秒脉冲。作为附加示例，如图4所示的双极电压波形对于复制汽车工业中使用的ESD测试是有用的。在一个具体示例中，基本如图2所示的系统已经被用于产生双极11KV波形，其复制Zwickau ESD测试的结果。

如图2中的TLP系统的另一优势在于并联传输线可以比单个传输线或串联传输线传送更多电流。特别地，汽车工业中的一些ESD测试需要的电流超出通常由单个传输线系统能够提供的电流。通常单线TLP系统可以提供约10A-30A的电流，而图2中的具有四个传输线的TLP系统可以提供该电流量的四倍。

图7说明了ESD测试的方法700。在步骤702，多个传输线网络的第一端被耦合到电源。在步骤704，多个传输线网络的第一端被切换到被测试设备。

虽然在此详细说明和展示了发明的优选实施例，但是应当理解，创造性内容可另外被多方面体现和使用，所附权利要求旨在被解读为包括这些方面，除了由现有技术限定的范围。

Claims

1.一种系统，其包括：

电源；

多个传输线；以及

第一开关，其耦合到所述多个传输线的第一端，其中当所述第一开关处于第一开关状态时，所述多个传输线网络的所述第一端被连接到所述电源，而当所述第一开关处于第二开关状态时，所述多个传输线网络的所述第一端被耦合到用于连接被测试设备的节点。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

多个第二开关，其被配置为将所述传输线的一部分的第一端耦合到所述第一开关。

3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

多个第三开关，其被配置为将所述传输线的第二端耦合到终端。

4.一种系统，其包括：

电源；

多个传输线网络；以及

第一开关，其耦合到所述多个传输线网络的第一端，其中当所述第一开关处于第一开关状态时，所述多个传输线网络的所述第一端被连接到所述电源，而当所述第一开关处于第二开关状态时，所述多个传输线网络的所述第一端被耦合到用于连接被测试设备的节点。

5.根据权利要求4所述的系统，其进一步包括：

多个第二开关，其被配置为将所述传输线网络的一部分的第一端耦合到所述第一开关。

6.根据权利要求4所述的系统，其进一步包括：

多个第三开关，其被配置为将所述传输线网络的第二端耦合到终端。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述传输线网络的所述第二端被耦合到分离的终端。

8.根据权利要求6所述的系统，其中至少一个传输线网络的第二端被耦合到多个终端。

9.根据权利要求6所述的系统，其中至少一个终端包括电压箝位器。

10.根据权利要求6所述的系统，其中至少一个终端包括齐纳二极管。

11.根据权利要求6所述的系统，其中至少一个终端包括非线性电阻。

12.根据权利要求6所述的系统，其中至少一个终端包括有源器件。

13.根据权利要求4所述的系统，其进一步包括在所述第一开关和所述被测试设备之间的阻抗网络。

14.根据权利要求4所述的系统，其中至少一个传输线网络是单独的传输线。

15.根据权利要求4所述的系统，其中至少一个传输线网络包括多个互连的传输线。

16.根据权利要求4所述的系统，其中至少一个传输线网络包括具有连接到其外部导体的电源的传输线。

17.根据权利要求4所述的系统，其中至少一个传输线网络包括其间串联有电阻的两个传输线。

18.根据权利要求4所述的系统，其中至少第一传输线具有与第二传输线不同的特性阻抗。

19.一种方法，其包括以下步骤：

将多个传输线网络的第一端耦合到电源；以及

将所述多个传输线网络的所述第一端切换到被测试设备。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：

将所述多个传输线网络的第二端耦合到终端。