CN111695322B - 防静电电子产品电性能分析系统及方法 - Google Patents

防静电电子产品电性能分析系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明防静电电子产品电性能分析系统，包括输入端、与输入端连接的数据库、与数据库连接的处理器、与处理器连接的输出端。输入端，用于电子产品的电路模型、计算方法、静电放电波形、放电参数、电路参数的录入。数据库，用于存储电路分析和运算的数据。处理器，用于选取静电放电波形、电子产品的电路模型及计算方法，进行综合计算。输出端，用于显示计算分析的结果，显示录入信息内容，查看数据库的信息。本方案能够在产品设计的初始阶段，准确分析仿真得到电子产品内部各个元器件，在静电放电时候的电流和电压，评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个器件风险。

Description

防静电电子产品电性能分析系统及方法
技术领域
本发明涉及防静电电子产品技术领域，尤其涉及防静电电子产品电性能分析系统及方法。
背景技术
静电干扰是当前电子产品所面临的必然干扰，也是困扰电子产品设计工程师设计工作的一大难题。静电会损坏电子产品中的电子元器件，导致电子产品不能正常工作和使用。为此在电子产品出厂前，产品均应达到静电放电抗扰度试验的要求，也应就是应符合国际IEC61000-4-2(国家GB/T17626.2)标准，才能合格出厂，进入市场销售。
现有的电子产品，防静电干扰的设计手段如图1所示，从图中可以看出，电子工程师基本依靠静电测试，来发现静电干扰问题，停留于问题表面，无法处理静电对电子产品系统内部，各元器件造成的弱损伤，这个致命问题。该方法的电子产品的防静电设计，整个产品的防静电部分，设计、改善工作周期较长，不利于电子产品尽快进入后面的生产环节。
因此，现有的电子产品的防静电设计，存在以下缺陷：
(1)防静电设计停留于问题处理的表面，后期被动进行改善设计工作；
(2)无法处理静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤；
(3)反复于产品设计、样品制作、静电测试阶段之间，开发周期长、效率低。
针对这些问题，我们发明了防静电电子产品电性能分析系统及方法，将电子产品的防静电分析处理，放在产品设计之前完成。
发明内容
本发明的发明目的在于解决现有的电子产品的防静电设计，存在防静电设计停留于问题处理的表面，后期被动进行改善设计工作，无法处理静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤，反复于产品设计、样品制作、静电测试阶段之间，开发周期长、效率低的问题。其具体解决方案如下：
防静电电子产品电性能分析系统，包括输入端、与输入端连接的数据库、与数据库连接的处理器、与处理器连接的输出端。
所述输入端，用于电子产品的电路模型、计算方法、静电放电波形、放电参数、电路参数的录入。
所述数据库，用于存储电路分析和运算的数据。
所述处理器，用于选取静电放电波形、电子产品的电路模型及计算方法，进行综合计算。
所述输出端，用于显示计算分析的结果，显示录入信息内容，查看数据库的信息。
进一步地，所述输入端包括电子产品线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，静电放电波形录入模块，静电放电参数录入模块，电路参数录入模块。
进一步地，所述数据库包括电路分析和运算数据库模块。
进一步地，所述处理器包括静电波形选取模块、电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块、综合计算模块。
进一步地，所述输出端包括显示屏。
进一步地，所述显示屏为触摸显示屏，可作为输入、显示两种作用。
进一步地，所述电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块，包括电子产品线性典型电路及对应计算方法综合选取模块、电子产品非线性典型电路及对应计算方法综合选取模块两种。
根据上述防静电电子产品电性能分析系统的防静电电子产品电性能分析方法，按照以下步骤进行：
步骤1，依据静电测试标准规范，分析和建立静电放电波形I(t)的表达式，并录入系统数据库中；
步骤2，依据线性电路的分析方法，建立电子产品线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
步骤3，依据非线性电路的分析方法，建立电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
步骤4，按电子产品要求，将静电放电参数、电路参数，录入系统数据库中；
步骤5，处理器依据电子产品的静电放电要求和电路模型，综合选取合适的I(t)静电放电波形和电子产品典型电路及对应计算方法；
步骤6，处理器按照电路分析方法计算得到各元器件的电流i(t)和电压u(t)；
步骤7，处理器将计算得到的各元器件的电流i(t)和电压u(t)，结合各元器件本身的防静电参数和系统工作稳定性相关参数，评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的损坏、失效以及系统整体稳定性的风险；
步骤8，处理器将评估结果显示于显示屏上。
进一步地，步骤8中所述显示屏，还能显示所有录入信息内容，查看数据库的信息。
进一步地，步骤5中所述电子产品典型电路及对应计算方法，包括电子产品线性典型电路及对应计算方法，电子产品非线性典型电路及对应计算方法；步骤6中所述处理器按照电路分析方法，包括用于线性元器件的基尔霍夫电压和电流定理对放电回路分析方法，用于非线性元器件的建立专门电路模型的放电回路分析方法。
综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明解决了现有的电子产品的防静电设计，存在防静电设计停留于问题处理的表面，后期被动进行改善设计工作，无法处理静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤，反复于产品设计、样品制作、静电测试阶段之间，开发周期长、效率低的问题。本方案依据问题分析的基本方法，在产品设计初期，定量分析电子产品在静电干扰时，其内部各个部分的电性能状态，从而能准确评估在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的可靠性风险，在设计的第一阶段就完成静电防护和改善的工作。本方案具有以下优势：
(1)能够在产品设计的初始阶段，准确分析仿真得到电子产品内部各个元器件，在静电放电时候的电流和电压。
(2)电子工程师可评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个器件风险。通过调整电子产品布局布线、元器件规格型号等方法，工程师能够准确改善或者解决后期静电测试中的问题。
(3)本方案的电子产品设计，可有效避免静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤。
(4)减少了产品因静电问题二次打板(也就是样品制作)开发的次数，缩短了开发周期，提高了产品设计工作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有电子产品设计的流程图；
图2为本发明防静电电子产品电性能分析系统方框图；
图3为本发明防静电电子产品电性能分析方法步骤图；
图4为本发明防静电电子产品电性能分析系统与电子产品开发流程图；
图5为用于静电测试的基本电路图。
附图标记说明：
10-输入端，11-电子产品线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，12-电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，13静电放电波形录入模块，14-静电放电参数录入模块，15-电路参数录入模块，20-数据库，21-电路分析和运算数据库模块，30-处理器，31-静电波形选取模块，32-电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块，33-综合计算模块，40输出端，41-显示屏，K1-充电开关，K2-放电开关，R1-充电电阻，R2-放电电阻，C1-充电电容。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，防静电电子产品电性能分析系统，包括输入端、与输入端连接的数据库、与数据库连接的处理器、与处理器连接的输出端。
输入端10，用于电子产品的电路模型、计算方法、静电放电波形、放电参数、电路参数的录入。
数据库20，用于存储电路分析和运算的数据。
处理器30，用于选取静电放电波形、电子产品的电路模型及计算方法，进行综合计算。
输出端40，用于显示计算分析的结果，显示录入信息内容，查看数据库的信息。
进一步地，输入端10包括电子产品线性电路典型模型及对应计算方法录入模块11，电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法录入模块12，静电放电波形录入模块13，静电放电参数录入模块14，电路参数录入模块15。
进一步地，数据库20包括电路分析和运算数据库模块21。
进一步地，处理器30包括静电波形选取模块31、电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块32、综合计算模块33。
进一步地，输出端40包括显示屏41。优选地，显示屏41为触摸显示屏，可作为输入、显示两种作用。
进一步地，电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块32，包括电子产品线性典型电路及对应计算方法综合选取模块、电子产品非线性典型电路及对应计算方法综合选取模块两种(图中未画出)。
如图3所示，根据上述防静电电子产品电性能分析系统的防静电电子产品电性能分析方法，按照以下步骤进行：
S1，依据静电测试标准规范，分析和建立静电放电波形I(t)的表达式，并录入系统数据库中；
S2，依据线性电路的分析方法，建立电子产品线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
S3，依据非线性电路的分析方法，建立电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
S4，按电子产品要求，将静电放电参数、电路参数，录入系统数据库中；
S5，处理器依据电子产品的静电放电要求和电路模型，综合选取合适的I(t)静电放电波形和电子产品典型电路及对应计算方法；(包括电子产品线性典型电路及对应计算方法，电子产品非线性典型电路及对应计算方法)
S6，处理器按照电路分析方法，计算得到各元器件的电流i(t)和电压u(t)；(包括用于线性元器件的基尔霍夫电压和电流定理对放电回路分析方法，用于非线性元器件的建立专门电路模型的放电回路分析方法)
S7，处理器将计算得到的各元器件的电流i(t)和电压u(t)，结合各元器件本身的防静电参数和系统工作稳定性相关参数，评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的损坏、失效以及系统整体稳定性的风险；
S8，处理器将评估结果显示于显示屏上。可选地，显示屏，还能显示所有录入信息内容，查看数据库的信息。
依据IEC61000-4-2IEC:2008防静电标准，静电放电理想波形为：
Figure BDA0002514765010000101
Figure BDA0002514765010000102
Figure BDA0002514765010000103
具体参数：τ1＝1.1纳秒，τ2＝2纳秒，τ3＝12纳秒，τ4＝37纳秒，I1＝16.6安(在4千伏放电时)，I2＝9.3安(在4千伏放电时)，n＝1.8。
其中，I(t)用于表征在时间t时的静电放电电流；τ1用于表征快放电电流脉冲的上升时间，τ2用于表征慢放电电流脉冲的上升时间，τ3用于表征快放电电流脉冲的持续时间，τ4用于表征慢放电电流脉冲的持续时间，I1用于表征快放电电流脉冲的幅度，I2用于表征慢放电电流脉冲的幅度，n用于表征固定参数，k1、k2用于表征中间参数。exp代表以自然常数e为底的指数函数。
相应的依据数学分析方法，得出I(t)在其他放电强度下的数学解析式，分析时统一采用静电放电波形I(t)＝J(t,I1(K),I2(K))，J代表一种函数关系式。
t为时间，大于等于0秒，K为静电放电电压，K＝1千伏,2千伏,4千伏,8千伏,......
1)在电子产品的静电放电回路中所有元器件均为线性元器件的情况下，采用基尔霍夫电压和电流定理对放电回路进行分析，可以计算出每一个元器件通过的电流i1(t)＝y1(t,K),电压u1(t)＝x1(t,K)；y1、x1分别代表一种函数关系式。
2)在电子产品的静电放电回路中存在非线性元器件的情况下，针对非线性元器件建立专门的电路模型，采用非线性元器件的分析方法进行专门分析，之后再结合线性元器件统一分析，可以算出每个元器件的电流i2(t)＝y2(t,K)，电压u2(t)＝x2(t,K)；y2、x2分别代表一种函数关系式。
上述分析和计算过程较为复杂，在此不作祥述。
如图4所示，本发明防静电电子产品电性能分析系统，建立在电子产品开发的初期，定量分析电子产品在静电干扰时，其内部各个部分的电性能状态，从而准确评估在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的可靠性风险，在设计的第一阶段就完成静电防护和改善的工作。
图5为用于静电测试的基本电路图。静电验证测试阶段，主要是用于验证经过本方案分析后的电子产品防静电设计，是否符合国际IEC61000-4-2(国家GB/T17626.2)防静电标准。
综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明解决了现有的电子产品的防静电设计，存在防静电设计停留于问题处理的表面，后期被动进行改善设计工作，无法处理静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤，反复于产品设计、样品制作、静电测试阶段之间，开发周期长、效率低的问题。本方案依据问题分析的基本方法，在产品设计初期，定量分析电子产品在静电干扰时，其内部各个部分的电性能状态，从而能准确评估在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的可靠性风险，在设计的第一阶段就完成静电防护和改善的工作。本方案具有以下优势：
(1)能够在产品设计的初始阶段，准确分析仿真得到电子产品内部各个元器件，在静电放电时候的电流和电压。
(2)电子工程师可评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个器件风险。通过调整电子产品布局布线、元器件规格型号等方法，工程师能够准确改善或者解决后期静电测试中的问题。
(3)本方案的电子产品设计，可有效避免静电对电子产品系统内部各元器件造成的弱损伤。
(4)减少了产品因静电问题二次打板(也就是样品制作)开发的次数，缩短了开发周期，提高了产品设计工作的效率。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.防静电电子产品电性能分析方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤1，依据静电测试标准规范，分析和建立静电放电波形I(t)的表达式，并录入系统数据库中；
步骤2，依据线性电路的分析方法，建立电子产品线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
步骤3，依据非线性电路的分析方法，建立电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法，并录入系统数据库中；
步骤4，按电子产品要求，将静电放电参数、电路参数，录入系统数据库中；
步骤5，处理器依据电子产品的静电放电要求和电路模型，综合选取合适的I(t)静电放电波形和电子产品典型电路及对应计算方法；
步骤6，处理器按照电路分析方法计算得到各元器件的电流i(t)和电压u(t)；
步骤7，处理器将计算得到的各元器件的电流i(t)和电压u(t)，结合各元器件本身的防静电参数和系统工作稳定性相关参数，评估出在静电干扰状况下，电子产品内部各个元器件的损坏、失效以及系统整体稳定性的风险；
步骤8，处理器将评估结果显示于显示屏上；
步骤5中所述电子产品典型电路及对应计算方法，包括电子产品线性典型电路及对应计算方法，电子产品非线性典型电路及对应计算方法；
步骤6中所述处理器按照电路分析方法，包括用于线性元器件的基尔霍夫电压和电流定理对放电回路分析方法，用于非线性元器件的建立专门电路模型的放电回路分析方法。
2.根据权利要求1所述防静电电子产品电性能分析方法，其特征在于：步骤8中所述显示屏，还能显示所有录入信息内容，查看数据库的信息。
3.防静电电子产品电性能分析系统，用于实现权利要求1、2中任一项所述防静电电子产品电性能分析方法，其特征在于：包括输入端、与输入端连接的数据库、与数据库连接的处理器、与处理器连接的输出端；
所述输入端，用于电子产品的电路模型、计算方法、静电放电波形、放电参数、电路参数的录入；
所述数据库，用于存储电路分析和运算的数据；
所述处理器，用于选取静电放电波形、电子产品的电路模型及计算方法，进行综合计算；
所述输出端，用于显示计算分析的结果，显示录入信息内容，查看数据库的信息；
所述输入端包括电子产品线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，电子产品非线性电路典型模型及对应计算方法录入模块，静电放电波形录入模块，静电放电参数录入模块，电路参数录入模块；
所述处理器包括静电波形选取模块、电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块、综合计算模块。
4.根据权利要求3所述防静电电子产品电性能分析系统，其特征在于：所述数据库包括电路分析和运算数据库模块。
5.根据权利要求3所述防静电电子产品电性能分析系统，其特征在于：所述输出端包括显示屏。
6.根据权利要求5所述防静电电子产品电性能分析系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏，可作为输入、显示两种作用。
7.根据权利要求3所述防静电电子产品电性能分析系统，其特征在于：所述电子产品典型电路及对应计算方法综合选取模块，包括电子产品线性典型电路及对应计算方法综合选取模块、电子产品非线性典型电路及对应计算方法综合选取模块两种。
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