ESD-Entladung mit dem Oszilloskop messen

[Thomas Lamron]

Hallo!

Wie kann ich eine ESD-Entladung (max. 25kV) mit meinem 2GS/s-Oszilloskop
messen, ohne eine Beschädigung fürchten zu müssen, bzw. welchen Tastkopf
kann ich dafür nehmen?

Problematisch ist auch, das die Anstiegezeit nur ca. 850 Pikosekunden
beträgt. Entweder finde ich einen Tastkopf, der für hohe Spannungen
taugt aber recht langsam ist, oder einen, der für HF-Signale, aber nur
bis 600Vp geeignet ist. Aber beides zusammen?


Gruß, Thomas

 

[Thomas Rehm]

Thomas Lamron wrote:

Wie kann ich eine ESD-Entladung (max. 25kV) mit meinem
2GS/s-Oszilloskop messen, ohne eine Beschädigung fürchten zu müssen,
bzw. welchen Tastkopf kann ich dafür nehmen?

Tastköpfe sind ungeeignet, da spektrale Anteile mindestens bis 1GHz
ausgewertet werden (sollten).
In den ESD-Normen ist ein Entlade-"Dummyload" beschrieben, der in
50-Ohm-Technik aufgebaut ist und wo sich die ESD-Pistole auf einem
2-Ohm-Widerstand entlädt. Diesen Dummyload nachbauen (ist sehr
detalliert beschrieben) oder kaufen. An den 50-Ohm-Anschluss dann,
wie in der Norm beschrieben, über ein Dämpfungsglied das Oszilloskop
anschließen, wobei der interne 50-Ohm-Abschluss aktiviert sein muss.
Diese Anordnung wird üblicherweise zur Funktionsüberprüfung von ESD-
Pistolen verwendet.

Falls Du in der Schaltung selbst die Auswirkungen der ESD-Entladungen
messen willst: Vergiss es. BTDT - Du gefährdest massiv Dein Oszilloskop
durch Mantelwellen auf dem Tastkopf-Koaxkabel und misst nur Hausnummern.
Auf Komponentenebene hingegen lassen sich ESD-Messungen ganz brauchbar
durchführen. Aufbau: alles streng in 50-Ohm-Technik (ab dem Bauteil)
und mit ausreichend belastbaren 50-Ohm-Dämpfungsgliedern an das Scope
herangeführt.
Aber aufpassen: Elektronisches Equipment (vor allem wenn es teuer ist)
solltest Du nur abgeschirmt oder in Abstand z.B. größer 2m von den
Entladungen bzw. unter der Entkade-Masseplatte betreiben (Stichwort:
schleichende Migrationseffekte in Chips durch die impulsförmigen
abgestrahlte Energie).

Thomas.

 

[Thomas Rehm]

Thomas Lamron wrote:

Wie kann ich eine ESD-Entladung (max. 25kV) mit meinem
2GS/s-Oszilloskop messen, ohne eine Beschädigung fürchten zu müssen,
bzw. welchen Tastkopf kann ich dafür nehmen?

Tastköpfe sind ungeeignet, da spektrale Anteile mindestens bis 1GHz
ausgewertet werden (sollten).
In den ESD-Normen ist ein Entlade-"Dummyload" beschrieben, der in
50-Ohm-Technik aufgebaut ist und wo sich die ESD-Pistole auf einem
2-Ohm-Widerstand entlädt. Diesen Dummyload nachbauen (ist sehr
detalliert beschrieben) oder kaufen. An den 50-Ohm-Anschluss dann,
wie in der Norm beschrieben, über ein Dämpfungsglied das Oszilloskop
anschließen, wobei der interne 50-Ohm-Abschluss aktiviert sein muss.
Diese Anordnung wird üblicherweise zur Funktionsüberprüfung von ESD-
Pistolen verwendet.

Thomas.

 

[Thomas Lamron]

Nachschlag:

Bei Tektronix finde ich nur den Tastkopf P6015A (max. 40kV) mit einer
Bandbreite von 75MHz. Nötig wären aber schätzungsweise 300MHz. Was
kostet der eigentlich?
Das die auch nie ungefähre Preisangaben machen, richtig blöd...


http://www.tek.com/site/ps/0,,56-10262-INTRO_EN,00.html



Gruß, Thomas

 

[Thomas Lamron]

Thomas Rehm schrieb:

Thomas Lamron wrote:

Wie kann ich eine ESD-Entladung (max. 25kV) mit meinem
2GS/s-Oszilloskop messen, ohne eine Beschädigung fürchten zu müssen,
bzw. welchen Tastkopf kann ich dafür nehmen?


Tastköpfe sind ungeeignet, da spektrale Anteile mindestens bis 1GHz
ausgewertet werden (sollten).

Dachte ich mir gleich. Aber erkläre das mal einem Kunden...

In den ESD-Normen ist ein Entlade-"Dummyload" beschrieben, der in
50-Ohm-Technik aufgebaut ist und wo sich die ESD-Pistole auf einem
2-Ohm-Widerstand entlädt.

Um dann auf max. 600V (bei 15kV) zu kommen, die jeder gute HF-Tastkopf
aushält. Mhm, geht leider nicht, weil ich einen IC-Ausgang überwachen
will/muss (fordert der Kunde). Wenn ich den mit 2 Ohm belaste, kann ich
mir die ESD-Prüfung gleich sparen;-)


Diesen Dummyload nachbauen (ist sehr

detalliert beschrieben) oder kaufen. An den 50-Ohm-Anschluss dann,
wie in der Norm beschrieben, über ein Dämpfungsglied das Oszilloskop
anschließen, wobei der interne 50-Ohm-Abschluss aktiviert sein muss.

Die genaue Funktion des Dämpfungsgliedes habe ich noch nicht so genau
verstanden. Wozu ist das gut?

Diese Anordnung wird üblicherweise zur Funktionsüberprüfung von ESD-
Pistolen verwendet.

 

[Stadtler]

On Fri, 20 Feb 2004 18:41:40 +0100, Thomas Lamron <bitte_nospam@t-online.de> wrote:

..Mhm, geht leider nicht, weil ich einen IC-Ausgang überwachen
will/muss (fordert der Kunde). Wenn ich den mit 2 Ohm belaste, kann ich
mir die ESD-Prüfung gleich sparen;-)

Hi,

mir will der Aufbau nicht einleuchten, der IC erzeugt ESD?

U. U. kannst Du mit einer Stromzange messen, die gibt
es bis >2GHz Bandbreite.

Bedenke bitte die analoge Bandbreite Deines Oszis.
Bei 2 GS/s hat es bestimmt nicht mehr als 500MHz.


Thiemo

 

[Thomas Rehm]

Thomas Lamron wrote:

Tastköpfe sind ungeeignet
Dachte ich mir gleich. Aber erkläre das mal einem Kunden...
(...) einen IC-Ausgang überwachen will/muss (fordert der Kunde).

*Worauf* überwachen? Ob der Ausgang (aufgrund ESD) zerstört wurde? Oder
ob und welche ESD-Amplitude darauf einwirkte?
Und ist es nicht sinnvoller, einen bis 25kV wirksame ESD-Schutz
einzubauen, anstatt die Amplitude einer möglichen ESD-Entladung
messen zu wollen?
Und welche Spannungen/Ströme/Frequenzen/Flankensteilheiten hat der
Ausgang zu treiben?

Die genaue Funktion des Dämpfungsgliedes habe ich noch nicht so genau
verstanden. Wozu ist das gut?
Wie ich schon schrieb:
Diese Anordnung wird üblicherweise zur Funktionsüberprüfung von ESD-
Pistolen verwendet.

Aber hier mal eine Idee zur Auswertung von ESD-Entladungen "in situ"
(reines brainstorming, nicht getestet):
Ein Integrationsglied am Messpunkt (z.B. 1kOhm und 10nF) sowie ein
nachgeschalteter hochohmiger Spannungsteiler integriert die ESD-
Entladung zu einer Spannung, welche z.B. von einem ADC-Eingang
eines Controllers gefahrlos eingelesen werden kann. Ein Differentations-
glied am gleichen Eingang (z.B. 10pF/2kV und 100R, dahinter ebenfalls
ein R-Teiler) startet das Einlesen des Impulses (über einen Interrupt-
eingang des Controllers z.B.).
Allerdings benötigt auch diese "Messschaltung" einen zusätzlichen
ESD-Schutz (etwa in Form einer der Überspannungs-Entladestrecken
in Form von Gasentladungs-Pillen) - denn wirklich ESD-feste Bauteile
sind doch etwas größer (bei einer ESD-Entladung werden für einige
Nanosekunden mehr als 100 kW elektrischer Leistung umgesetzt, was
für fast jeden Kleinleistungs-Widerstand zur Zerstörung führen kann.
Und diese Messschaltung wäre wiederum nicht geeignet, ein Oszilloskop
anzusteuern, da (wie schon erwähnt) der ESD-Impuls sich über die
Abschirmung des Messkabels aus der Schaltung zum Oszilloskop bewegt
und so einerseits das Scope gefährdet, andererseits auch die
Verhältnisse am Messpunkt (durch die Masseanbindung) völlig verändert:
Die ESD-Entladung wird sich dann u.U. mit völlig anderen Amplituden
auswirken.

Thomas.