靜電放電事件檢測器的製造方法
2023-09-16 14:38:30 2
靜電放電事件檢測器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了用於檢測對象造成的靜電放電事件的裝置，所述裝置包括：接收器，所述接收器用於與所述對象形成第一電容耦合併且與接地端形成第二電容耦合；和第一放電路徑，所述第一放電路徑用於使所述第二電容耦合向所述接地端放電，使得由所述對象造成的靜電放電事件在第一時間間隔內以一定量對所述第二電容耦合進行充電，所述第一時間間隔顯著小於所述第二電容耦合通過所述第一放電路徑以相同量放電所花費的第二時間間隔At2。
【專利說明】靜電放電事件檢測器
[0001]相關專利申請
[0002]本專利申請要求於2012年4月26日提交的美國專利申請13/456，367的優先權，該專利申請的公開內容全文以引用方式併入。
【技術領域】
[0003]本發明涉及用於檢測、測量和連續監測靜電放電(ESD)事件的系統和方法。
【背景技術】
[0004]現有非接觸式ESD事件檢測器主要基於兩個對象之間非常快速的電荷轉移所引起的高頻電磁福射。
[0005]例如，來自科利登技術公司(Credence Technologies)的ESD事件檢測器(美國專利N0.6，563，319)因ESD事件而在振鈴電路中形成鬆弛振蕩信號。隨後，信號穿過高頻放大器到達包絡檢測器。檢測器輸出端上的DC電壓隨後被認為是與ESD事件振幅成比例。然而，帶有適當光譜分量的其他信號可能引起誤檢。另外，檢測器輸出端上的DC電壓可能很大程度上取決於ESD上升時間。另外，ESD事件的下降沿還可形成造成幹擾並可導致不準確輸出的振鈴。
[0006]來自3M的ESD事件檢測器(美國專利N0.7，525，316)使用模數採樣和用於數位訊號處理的微處理器來在ESD事件和其他信號(諸如電磁幹擾(EMI))之間進行區分。此裝置可能無法識別多個連續的ESD事件，因為檢測每個ESD事件需要相對長的採樣時間。另夕卜，採樣和數位訊號處理均需要高功率消耗。因此，使用這種方法時，可能不易使用電池電源。
[0007]現有技術還包括US, 5，315，255、US, 5，719，502、US, 5，903，220 和 US, 6，563，319。
【發明內容】
[0008]在本發明的第一特異表達中，提供用於檢測對象造成的靜電放電事件的裝置，該裝置包括:
[0009]接收器，該接收器用於與對象形成第一電容耦合併且與接地端形成第二電容耦合；和
[0010]第一放電路徑，該第一放電路徑用於使第二電容耦合向接地端放電，使得對象造成的靜電放電事件在第一時間間隔At1內以一定量對第二電容I禹合進行充電，第一時間間隔At1顯著小於第二電容耦合通過第一放電路徑以相同量放電所花費的第二時間間隔
Δ t2o
[0011]At1可比At2小至少10倍。作為另外一種選擇，At1可比At2小至少100倍。該裝置還可包括第二放電路徑，該第二放電路徑用於使第二電容耦合向接地端放電，該裝置能夠在第一放電路徑和第二放電路徑之間進行選擇。通過第二路徑的放電時間可顯著小於通過第一路徑的放電時間。
[0012]該裝置還可包括用於在第一放電路徑和第二放電路徑之間進行切換的換向裝置。該裝置還可包括處理器，該處理器用於控制換向裝置的切換。該裝置還可包括低通濾波器，該低通濾波器用於阻擋輸出電壓信號的射頻信號，以產生濾波後的電壓信號。該裝置還可包括放大器，該放大器被布置用於將接收器的輸出阻抗匹配至低通濾波器的輸入阻抗。
[0013]該裝置還可包括峰值檢測電路，該峰值檢測電路用於輸出濾波後的電壓信號的峰值電壓，ESD事件的量值基於該峰值電壓來確定。處理器可被布置用於在從峰值檢測電路獲得峰值電壓之後從第一放電路徑切換至第二放電路徑。
[0014]處理器可被布置用於在獲得峰值電壓之後復位峰值檢測電路。峰值檢測電路可包括正峰值檢測器和負峰值檢測器。該裝置還可包括反相器，該反相器用於使濾波後的電壓信號反相以產生反向輸出信號，並且其中反向輸出信號由負峰值檢測器接收。該裝置還可包括脈衝生成電路系統，該脈衝生成電路系統被布置用於基於反向輸出信號生成觸發脈衝。
[0015]處理器可以是在低功率待機模式和活動模式之間可操作的，並且其中該處理器被布置用於在檢測到觸發脈衝時從低功率待機模式切換至活動模式。脈衝生成電路系統可包括反相微分放大器，該反相微分放大器用於產生與反向輸出信號的一階導數成比例的放大輸出信號，觸發脈衝基於放大輸出信號來生成。主要放電路徑可包括電阻器，並且輸出電壓信號被布置用於通過電阻器放電。
[0016]在本發明的第二特異表達中，提供檢測對象造成的靜電放電事件的方法，該方法包括:
[0017]在接收器和對象之間形成第一電容耦合，該接收器還與接地端形成第二電容耦合；
[0018]由於對象造成的靜電放電事件，在第一時間間隔At1內以一定量對第二電容耦合進行充電；以及
[0019]使第二電容耦合經由第一放電路徑在第二時間間隔At2中以相同量向接地端放電，其中第一時間間隔At1顯著小於時間間隔At2。
[0020]該方法還可包括在第一放電路徑和第二放電路徑之間進行切換，以便使第二電容耦合向接地端放電。通過第二放電路徑的放電時間可顯著小於通過第一放電路徑的放電時間。該方法還可包括由處理器控制從第一放電路逕到第二放電路徑的切換。該方法還可包括對輸出電壓信號進行濾波以阻擋輸出電壓信號的射頻信號，以產生濾波後的電壓信號。該方法還可包括由峰值檢測電路檢測濾波後的電壓信號的峰值，輸出濾波後的電壓信號的峰值電壓，以及基於峰值電壓確定ESD事件的量值。
[0021]該方法還可包括在確定ESD事件的量值之後復位峰值檢測電路。檢測濾波後的電壓信號的峰值可包括檢測濾波後的電壓信號的正峰值或負峰值。
[0022]該方法還可包括使濾波後的電壓信號反相以產生反向輸出信號，並且檢測濾波後的電壓信號的峰值的步驟包括檢測反向輸出信號的負峰值。該方法還可包括基於反向輸出信號生成觸發脈衝。處理器可以是在低功率待機模式和活動模式之間可操作的，並且該方法包括在檢測到觸發脈衝時使該處理器從低功率待機模式切換至活動模式。該方法還可包括產生與反向輸出信號的一階導數成比例的放大輸出信號，以及基於放大輸出信號生成觸發脈衝。
[0023]在本發明的第三特異表達中，提供ESD事件檢測器，該ESD事件檢測器包括:
[0024]接收器，該接收器用於接收對象生成的電磁輻射並且用於與對象形成第一電容耦合；
[0025]在接收器和接地端之間的第二電容耦合，該第二電容耦合用於與第一電容耦合形成電容分壓器，該電容分壓器被布置用於根據電磁福射的充電電壓來產生跨第二電容I禹合的輸出電壓信號，該輸出電壓信號用於確定ESD事件的量值；
[0026]第一放電路徑，該第一放電路徑被布置為與第二電容耦合電並聯，以使第二電容奉禹合能夠放電；和
[0027]換向裝置，該換向裝置用於在第一放電路徑和第二放電路徑之間選擇性地進行切換，第二放電路徑允許第二電容耦合比經由主要放電路徑更快速地放電。
[0028]在本發明的第四特異表達中，提供檢測ESD事件的方法，該方法包括:
[0029](i)由接收器接收來自對象的電磁輻射，該接收器與對象形成第一電容耦合；
[0030](ii)根據電磁輻射的充電電壓來獲得跨第二電容耦合的輸出電壓信號，第二電容率禹合與第一電容稱合形成電容分壓器；
[0031](iii)基於輸出電壓信號確定ESD事件的量值；
[0032](iv)使第二電容耦合通過被布置為與第二電容耦合電並聯的第一放電路徑放電；以及
[0033](V)在確定量值時，從第一放電路徑切換至第二放電路徑，以允許第二電容耦合比經由主要放電路徑更快速地放電。
[0034]在本發明的第五特異表達中，提供檢測ESD事件的方法，該方法包括:
[0035]在ESD事件之前使探針放電，以及
[0036]在ESD事件之後測量探針的峰值DC電壓作為ESD事件的振幅的指示。
[0037]該方法還可包括對探針的電壓進行低通濾波。放電的步驟可包括提供電阻器，該電阻器連接在探針和接地端之間。電阻器可具有一定值，該值使探針在連續ESD事件之間(例如，在若干微秒內)顯著放電，同時仍然允許探針保持被充電足夠長時間以完成測量。放電的步驟可包括在已測量峰值DC電壓之後直接將探針切換至接地端。
[0038]一個或多個實施例可具有以下優點:
[0039]-所測量的探針靜電荷(或電壓)的改變可與ESD事件之前和之後的對象電位差成正比；
[0040]-可區分ESD事件與帶有非ESD性質的其他噪聲尖峰，因為例如EMI可能並不顯著改變平均探針靜電荷(或電壓)；
[0041]-可避免用於識別ESD事件的快速信號採樣和複雜信號處理；
[0042]-結果可不取決於對象模型(CDM、HBM或MM)或放電尖峰脈衝寬度和上升時間；
[0043]-可消除由RF波反射或幹擾引起的測量誤差；
[0044]-可避免用於高頻前端的大功率消耗部件；
[0045]-可使該裝置處於深度睡眠模式並且正好在ESD事件發生時喚醒；
[0046]-可將該裝置容納在便攜電池超低功率系統中以進行連續監測；和/或
[0047]-該裝置可以是更緊湊的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048]現將參考附圖對本發明的實施例進行描述，其中:
[0049]圖1是根據本發明的實施例的等效電路圖模型概念；
[0050]圖2是圖1中的等效電路的理想化探針電壓的圖；
[0051]圖3A是針對不同ESD電壓值的實際探針電壓的圖；
[0052]圖3B是針對非ESD事件的實際探針電壓的圖；
[0053]圖4A是針對ESD事件的實際探針電壓和低通濾波器輸出的圖；
[0054]圖4B是針對非ESD事件的實際探針電壓和低通濾波器輸出的圖；
[0055]圖5A是針對沒有來自微控制器的放電路徑切換情況下的負ESD事件的實際低通濾波器輸出、微分放大器輸出和峰值檢測器輸出的圖；
[0056]圖5B是針對在來自微控制器的放電路徑切換情況下的負ESD事件的實際低通濾波器輸出、微分放大器輸出和峰值檢測器輸出的圖；
[0057]圖6是針對不同放電電壓值情況下的負ESD事件的實際低通濾波器輸出和峰值檢測器輸出的圖；
[0058]圖7A是針對單個ESD事件的實際探針電壓、低通濾波器輸出和峰值檢測器輸出的圖；
[0059]圖7B是針對多個ESD事件的實際探針電壓、低通濾波器輸出和峰值檢測器輸出的圖；
[0060]圖8是根據示例性實施例的ESD測量和監測裝置的框圖；
[0061]圖9是圖8中的ESD測量和監測裝置的電路圖；以及
[0062]圖10是用於圖8中的ESD測量和監測裝置的微控制器算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0063]在圖8中，根據示例性實施例示出ESD檢測器。與美國專利N0.7，525，316中的檢測器相比，該檢測器的功率消耗較低、檢測事件更為快速並且更為準確。該檢測器包括探針34、連接在探針34和接地端60之間的電阻器37、連接在探針34和接地端60之間的常開開關35(或者一般來講，換向裝置)、對探針34電壓進行濾波的低通濾波器(LPF)41以及保持低通濾波器41的峰值輸出電壓的峰值電壓檢測器43、46。
[0064]如所提及的，當ESD事件發生時，在檢測器附近、帶有某一電壓的靜電荷的對象向接地端快速放電。因此，示例性實施例中的探針初始被電容充電至與對象原始電壓成正比的電平。因此，可以測量探針34的峰值電荷，以給出ESD事件的振幅的量度。由於EMI和其他非ESD事件將不會顯著地對探針34進行充電，因此這個量度可以相對準確地表示ESD事件的振幅。
[0065]電阻器37被設置用於在穩態下使探針34放電。這確保在ESD事件之前的探針34為0V，並且不會被預先充電從而可能引起不準確的結果。相似地，電阻器37不應使探針太迅速地放電，否則探針將無法測量ESD事件的振幅。此外，電阻器37的值還被布置用於是小到足以使得在兩個ESD事件之間(為至少幾微秒長)完全放電的值。
[0066]低通濾波器41被設置用於從探針電壓中去除高頻噪聲，以允許測量探針34所存儲的來自ESD事件的電荷。
[0067]一對峰值電壓檢測器43、46被設置用於獲得低通濾波器41的峰值輸出。緊接在ESD已將最大量的電荷轉移至探針34之後，理想地，低通濾波器41應傳遞此值，該值隨後由峰值電壓檢測器43、46檢測並保持。
[0068]開關35被設置用於在已測量峰值低通濾波器41電壓之後使探針34迅速地放電。一旦探針34已放電，就有可能寄存下一 ESD事件。這允許快速檢測多個連續的ESD事件。
[0069]為解釋檢測器的操作，在圖1中示出簡化等效電路圖。當探針3被放置在對象I附近時，在對象I和探針之間形成虛擬電容器(Cl)2。在探針3和接地端8之間形成表示它們之間的共同等效電容的另一虛擬電容器(C2) 4。
[0070]C24主要與連接在探針(天線)3和檢測器PCB之間的屏蔽RF電纜的電容相關聯。作為另外一種選擇，電容可以來自PCB、或來自添加的電容器。應當理解，包括增加的電容以具體地在遇到足夠高量值的ESD放電情況下降低信號值。
[0071]C12和C24表示在對象I充電電壓V和探針電壓之間的電容分壓器。虛擬開關5 (Sffl)模擬ESD，並且當SW15閉合時，此模擬在對象I觸摸接地端8期間發生靜電放電的情況。電阻器7被設置用於C24的穩態放電。開關6(SW2)在ESD測量完成之後使C24迅速地放電。
[0072]如果對象電勢是V，那麼Cl充電電壓是:
[0073]Vl = V*C2/(C1+C2)
[0074]並且C2充電電壓是:
[0075]V2 = V*C1/(C2+C1)。
[0076]假設C1〈〈C2並且因此假設Vl ^ V並且V2〈〈V1。這是因為C24由於電纜絕緣和緊密的電極間距而是相對較高的。由於在對象和探針之間的距離較大並且作為電介質的空氣的介電常數較低，因此C12較小。
[0077]電阻器值R應當小到足以使C2在若干毫秒內完全放電，但不應當允許在幾十納秒內發生的ESD期間進行任何顯著放電。這並不影響Vl並且其值隨V變化。
[0078]該裝置可以為電接地的，即使是在手持時也是如此。
[0079]圖2例示ESD事件之前和之後的V2。初始狀況9是這樣的:對象處於電壓V，C24已完全放電，並且C12被充電至近似於對象電壓V。在時間tl處，SW15閉合，並且對象I在若干納秒內放電，並且對象電壓V突然下降至零。C12仍然處於V，但其極性反轉，使得C12和C24並聯連接。在電荷重新分布階段10期間，C22電壓增大並且在時間t2處達到其最大值Vmax = -V*C1/ (C1+C2)。Vmax的符號與初始對象電勢V相反。因此，帶負電的對象和ESD將會造成正V2。
[0080]在t2之後，在放電階段11期間，電阻器7以指數方式使C24放電。在t2至t3期間，測量Vmax以估計ESD電壓V。在t3處，SW26由圖8中的檢測器的微控制器56閉合。這使C44在復位階段12期間立即放電。在t4之後，檢測器準備好檢測和測量下一 ESD。
[0081]從tl到t2的時間(Atl)比τ = C2*R (C24放電時間常數)小得多。因此，在Λ tl期間，電阻器7並不使C24顯著地放電。
[0082]因此，ESD測量是基於ESD事件發生時的探針電壓改變。電阻器7 ( S卩，圖8的電阻器37的等同物)可以將緩慢探針電壓變化和快速探針電壓變化分開。開關6( S卩，圖8的開關35的等同物)允許在極短時間間隔內測量和檢測多個ESD事件。
[0083]圖3A中示出針對ESD事件在從200V至1200V的不同初始對象電勢下的實際探針電壓13。圖3B中示出非ESD事件形成的信號15。在ESD事件的情況下，信號13中的每一個具有DC電壓分量14，並且在EMI信號15中並不存在DC電壓分量。這個DC電壓14與初始對象充電電壓V成正比，並且該電壓分量在信號中的存在可以用來區分ESD和非ESD。
[0084]可測量DC電壓14並且濾除其RF影響。這可通過使得輸出探針電壓穿過低通濾波器41來實現。圖4A和圖4B中對應地示出ESD和EMI兩者的濾波之前和之後的電壓。圖4A描繪在ESD事件發生時獲得的RF信號，並且由於時間事件相當短，示波器使用500納秒的時標。此外，在此實例下，低通濾波器具有10微秒的時間常數。測量是基於圖9中實現的電路進行。探針電壓在圖4A和圖4B中注釋為單元增益放大器原始輸入。如圖4B所示，低通濾波器輸出電壓18在輸入EMI19的情況下等於零。對於ESD，在抑制RF分量17之後，低通濾波器電壓增大至某一最大值，並且隨後開始緩慢減小。輸出信號的上升時間由低通濾波器時間常數確定。優選地，10微秒的時間常數可足以抑制由任何ESD RF輻射所引起的高頻信號光譜分量。
[0085]現將更詳細地描述圖8中示出的檢測器。探針(天線)34具有相關聯的輸入電容器36。開關35由來自微控制器56的邏輯信號59控制。來自探針34的電壓38由單元增益放大器39交接至低通濾波器41，以將高輸出天線阻抗匹配至低通濾波器41的低輸入阻抗。因此，電壓38被輸出為隨後被提供給低通濾波器41的電壓40。低通濾波器41通過反相器44經由連接部42間接連接至被分配用於正極性ESD事件的第一峰值電壓檢測器43，並且經由連接部45直接連接至被分配用於負極性ESD事件的第二峰值電壓檢測器46。反相器44連接至微分放大器50。微分放大器50的輸出51可以是負的和正的，這取決於ESD極性，並且該輸出分別被供應至反相放大器52和非反相放大器53。放大器52、53均具有單元增益，並且它們的輸出端54和55分別連接至微控制器56的不同中斷輸入端，以區分正ESD和負ESD。微控制器56還為峰值電壓檢測器43、46兩者提供復位信號48並且為開關35提供控制信號59。另外，峰值電壓檢測器43、46均分別向微控制器56提供輸出信號49、47，輸出信號49、47分別表示正ESD事件和負ESD事件的振幅。通過使用SPI接口 57，微控制器56管理無線數據傳輸單元58以便進行連續ESD監測。
[0086]圖5A不出微分放大器輸出21和來自低通濾波器的輸出20。虛線表不微分放大器由無限值電壓源供電時的理論響應。對於實際-5V負供電電壓，微分放大器的輸出21被限制在負供電電平(對於相反符號ESD則是正供電電平)上。在這個信號從OV改變成-5V時，該信號將用於中斷微控制器56。另外示出峰值保持檢測器輸出22。
[0087]在圖5B中示出針對負對象電荷V由微控制器56進行的ESD檢測和測量的序列。當ESD事件使得低通濾波器輸出電壓23增大時,微分放大器輸出21生成用於微控制器56的中斷信號24。微控制器56復位峰值檢測器25，等待一段時間間隔tl以確保低通濾波器輸出電壓達到其最大值，並且閉合開關35以便電容器36放電。這種延遲可例如是LPF時間常數的2倍。在時間間隔t3內，由微控制器56提供對峰值檢測器輸出電壓的測量，並且隨後，微控制器56再次復位峰值檢測器25。
[0088]在圖6中，針對從400V到1100V的放電電壓值提供低通濾波器的輸出電壓26和峰值檢測器的輸出電壓27。
[0089]在圖7A中示出單個ESD事件測量的處理速度。輸入探針電壓28、低通濾波器的輸出29和峰值檢測器輸出30示出:ESD事件的檢測和測量花費略多於20微秒的時間。這個時間可通過使用更快速的微控制器來進一步減少。
[0090]圖7B示出多個ESD事件檢測和測量。探針輸出電壓31、低通濾波器輸出電壓32和峰值檢測器輸出電壓33示出:70微秒是在此實例下執行實驗時被檢測的兩個ESD事件之間的最短時間。
[0091]在圖9中示出圖8中的裝置的特定電路具體實施。如所提及的，ESD事件造成探針61、電容器62、電阻器64和常開開關63上的電壓脈衝。單兀增益放大器65將探針61輸出阻抗匹配至一階模擬低通濾波器的輸入，該一階模擬低通濾波器利用電阻器69、電容器70和運算放大器(OPAMP) 71來實現。OPAMP 71連接至利用電阻器72、73以及運算放大器(OPAMP) 74實現的單元增益反相放大器。這繼而連接至利用電容器75、電阻器76以及運算放大器(OPAMP) 77實現的微分放大器。
[0092]OPAMP 77的輸出在圖5A中示出為電壓21，並且在圖5B中示出為電壓24。電容器75和電阻器76的值確定微分增益，微分增益被選擇成在ESD事件發生時使OPAMP 77立即飽和以提供中斷，以喚醒微控制器66。微控制器66通過有線串行外圍接口(SPI)連接部67連接至無線數據傳輸單元68 (類似於圖8的無線數據傳輸單元58)，以便進行連續ESD監測。還將理解，微分放大器輸出21的值是基於電容器75和電阻器76以及分別從圖5A和圖5B可觀察到的中斷信號24來選擇。一旦探針電荷基本上耗散，微分放大器就不飽和並且電容器75隨後開始從電源軌充電，該電容器75在充滿電時引起輸出電壓的飽和。當閉合開關63時,微分放大器在相反電源軌處再次飽和。
[0093]OPAMP 77連接至包括電阻器96、97和運算放大器(OPAMP) 98的第二單元增益反相放大器的輸入端。OPAMP 98通過由電阻器99和二極體100構成的二極體限制器連接至微控制器中斷輸入端104。二極體限制器100的目的在於阻擋來自微控制器中斷輸入端的負電壓分量(該分量在反相之後與微分放大器輸出端的正分量相關)。因此，負ESD事件引起微控制器66的中斷輸入端104上的正電壓脈衝。
[0094]當ESD事件為正時，它在微分放大器輸出端上形成正脈衝，該正脈衝穿過同相第二單元增益運算放大器101和第二二極體限制器(電阻器102和二極體103)到達微控制器中斷輸入端105。二極體限制器103的目的在於阻擋來自微控制器中斷輸入端的負電壓分量(該分量與微分放大器輸出端的負分量相關)。因此，正ESD事件引起微控制器66的中斷輸入端105上的正電壓脈衝。中斷104和105因此分別寄存負ESD事件和正ESD事件以喚醒微控制器66並且指示何時復位峰值電壓檢測器。
[0095]另外從圖9將顯而易見的是，對於正ESD，運算放大器(OPAMP) 82、84的輸入端連接至運算放大器(OPAMP) 74的輸出端，並且對於負ESD，運算放大器(OPAMP) 91、95的輸入端連接至OPAMP 71的輸出端。
[0096]峰值檢測器被設置用於測量ESD事件的振幅。在正ESD事件的情況下，來自運算放大器74的正脈衝通過電壓限制器(電阻器78和二極體79)到達第一峰值檢測器的輸入端。此檢測器包括運算放大器(0?八1^)82和84、二極體83、電阻器80、85、86以及電容器81。OPAMP 84連接至微控制器66的ADC (模數轉換器)輸入端106。
[0097]相似地，在負ESD的情況下，來自低通濾波器的輸出端的正脈衝通過二極體限制器(包括電阻器87和二極體88)到達第二峰值檢測器(包括運算放大器91和95、二極體92、電阻器90、93、94和電容器89)。第二峰值檢測器的輸出端連接至微控制器66的ADC輸入端107。
[0098]在A/D轉換完成並且完成測量之後(這可根據微控制器66的A/D狀態寄存器中存儲的設置-轉換-就緒位的狀態來確定)，微控制器66根據其數字輸出108復位兩個峰值檢測器。
[0099]在圖10中示出微控制器固件算法。該裝置通電並且在108處啟動微控制器66。當在109處完成電子電路、微控制器內部裝置和引腳的所有初始設置時，微控制器66在110處進入超低功率睡眠模式。在此睡眠模式期間，所有模擬電路系統通電，但是由於並未使用高頻分量和通用CMOS運算放大器,所以功率消耗通常是幾μ A。例如,Texas Instruments型號MSP430具有消耗少於I μ A的低功率模式4。正常來講，當未進入睡眠模式時，僅在無線RF模塊通電以進行數據傳輸時電流顯著較高。該電流的值為約200 μ Α。
[0100]當ESD事件發生時，在111處，微控制器66喚醒，並且在112處檢查該ESD事件是正ESD事件還是負ESD事件。當ESD事件為負時113，結果是從中斷107讀取，並且當ESD事件為正時114，結果是從中斷106讀取。首先，在115(118)處，微控制器66禁用所有中斷並且復位兩個峰值檢測器，以移除它們輸出端上的任何可能的殘餘電壓。隨後，算法等待一定延遲，以確保低通濾波器輸出電壓已經達到其最大值。延遲時間可以為低通濾波器時間常數的兩倍。隨後，在116(119)處，發生適當峰值檢測器輸出的模數轉換，之後是啟動開關63以使電容62放電。提供一定延遲以確保探針已完全放電。隨後，在117(120)處，復位峰值檢測器輸出，清空所有中斷標記，並且將測量數據存儲在微控制器RAM轉移緩衝器中。
[0101]該裝置在以下兩種情況下使用RF信道來傳輸測量數據。當傳輸緩衝器因多個ESD事件而已滿時，或在時間段已到期一定時間之後，並且不存在新的ESD事件但緩衝器121中仍存在一些內容。如果並不需要傳輸，那麼在122處，微控制器66可直接返回低功率睡眠模式。否則，RF模塊在124處傳輸所有數據並且清空傳輸緩衝器，並且在125處返回睡眠模式。
[0102]所述實施例不應被理解為限制性的。例如，在圖8和圖9中，微控制器56/66用於控制各種操作，但應理解，一般來講，可以使用可包括微控制器55/56、嵌入式控制器以及微處理器的處理器或者任何合適形式的處理器。
[0103]項目I是一種用於檢測對象造成的靜電放電事件的裝置，該裝置包括:
[0104]接收器，該接收器用於與對象形成第一電容耦合併且與接地端形成第二電容耦合；和
[0105]第一放電路徑，該第一放電路徑用於使第二電容耦合向接地端放電，使得對象造成的靜電放電事件在第一時間間隔At1內以一定量對第二電容I禹合進行充電，第一時間間隔At1顯著小於第二電容耦合通過第一放電路徑以相同量放電所花費的第二時間間隔
Δ t2o
[0106]項目2是根據項目I所述的裝置，其中At1比At2小至少10倍。
[0107]項目3是根據項目I所述的裝置，其中Λ &比Λ t2小至少100倍。
[0108]項目4是根據項目I所述的裝置，還包括第二放電路徑，該第二放電路徑用於使第二電容耦合向接地端放電，該裝置能夠在第一放電路徑和第二放電路徑之間進行選擇。
[0109]項目5是根據項目4所述的裝置，其中通過第二路徑的放電時間顯著小於通過第一路徑的放電時間。
[0110]項目6是根據項目4所述的裝置，還包括換向裝置，該換向裝置用於在第一放電路徑和第二放電路徑之間進行切換。
[0111]項目7是根據項目6所述的裝置，還包括處理器，該處理器用於控制換向裝置的切換。
[0112]項目8是根據項目7所述的裝置，還包括低通濾波器，該低通濾波器用於阻擋輸出電壓信號的射頻信號，以產生濾波後的電壓信號。
[0113]項目9是根據項目8所述的裝置，還包括放大器，該放大器被布置用於將接收器的輸出阻抗匹配至低通濾波器的輸入阻抗。
[0114]項目10是根據項目9所述的裝置，還包括峰值檢測電路，該峰值檢測電路用於輸出濾波後的電壓信號的峰值電壓，ESD事件的量值基於該峰值電壓來確定。
[0115]項目11是根據項目10所述的裝置，其中處理器被布置用於在從峰值檢測電路獲得峰值電壓之後從第一放電路徑切換至第二放電路徑。
[0116]項目12是根據項目11所述的裝置，其中處理器被布置用於在獲得峰值電壓之後復位峰值檢測電路。
[0117]項目13是根據項目10所述的裝置，其中峰值檢測電路包括正峰值檢測器和負峰值檢測器。
[0118]項目14是根據項目13所述的裝置，還包括反相器，該反相器用於產生濾波後的電壓信號的反向輸出信號，並且其中反向輸出信號是由負峰值檢測器接收。
[0119]項目15是根據項目14所述的裝置，還包括脈衝生成電路系統，該脈衝生成電路系統被布置用於基於反向輸出信號產生觸發脈衝。
[0120]項目16是根據項目15所述的裝置，其中處理器是在低功率待機模式和活動模式之間可操作的，並且其中處理器被布置用於在檢測到觸發脈衝時從低功率待機模式切換至活動模式。
[0121]項目17是根據項目15所述的裝置，其中脈衝生成電路系統包括反相微分放大器，該反相微分放大器用於產生與反向輸出信號的一階導數成比例的放大輸出信號，觸發脈衝基於放大輸出信號來生成。
[0122]項目18是根據項目I所述的裝置，其中主要放電路徑包括電阻器，並且輸出電壓信號被布置用於通過電阻器來放電。
[0123]項目19是一種檢測對象造成的靜電放電事件的方法，該方法包括:
[0124]在接收器和對象之間形成第一電容耦合，該接收器還與接地端形成第二電容耦合；
[0125]由於對象造成的靜電放電事件，在第一時間間隔At1內以一定量對第二電容耦合進行充電；以及
[0126]使第二電容耦合經由第一放電路徑在第二時間間隔At2內以相同量向接地端放電，其中第一時間間隔At1顯著小於時間間隔At2。
[0127]項目20是根據項目19所述的方法，還包括在第一放電路徑和用於使第二電容耦合向接地端放電的第二放電路徑之間進行切換。
[0128]項目21是根據項目20所述的方法，其中通過第二放電路徑的放電時間顯著小於通過第一放電路徑的放電時間。
[0129]項目22是根據項目20所述的方法，還包括由處理器控制從第一放電路徑至第二放電路徑的切換。
[0130]項目23是根據項目22所述的方法，還包括對輸出電壓信號進行濾波以阻擋輸出電壓信號的射頻信號，以產生濾波後的電壓信號。
[0131]項目24是根據項目23所述的方法，還包括由峰值檢測電路檢測濾波後的電壓信號的峰值、輸出濾波後的電壓信號的峰值電壓、以及基於峰值電壓來確定ESD事件的量值。
[0132]項目25是根據項目24所述的方法，還包括在確定ESD事件的量值之後復位峰值檢測電路。
[0133]項目26是根據項目24所述的方法，其中檢測濾波後的電壓信號的峰值的步驟包括檢測濾波後的電壓信號的正峰值或負峰值。
[0134]項目27是根據項目24所述的方法，還包括使濾波後的電壓信號反相以產生反向輸出信號，並且檢測濾波後的電壓信號的峰值的步驟包括檢測反向輸出信號的負峰值。
[0135]項目28是根據項目27所述的方法，還包括基於反向輸出信號生成觸發脈衝。
[0136]項目29是根據項目28所述的方法，其中處理器是在低功率待機模式和活動模式之間可操作的，並且該方法包括在檢測到觸發脈衝時將處理器從低功率待機模式切換至活動模式。
[0137]項目30是根據項目29的方法，還包括產生與反向輸出信號的一階導數成比例的放大輸出信號，並且基於放大輸出信號生成觸發脈衝。
[0138]項目31是ESD事件檢測器，包括:
[0139]接收器，該接收器用於接收對象生成的電磁輻射並且用於與對象形成第一電容耦合；
[0140]在接收器和接地端之間的第二電容耦合，該第二電容耦合用於與第一電容耦合形成電容分壓器，該電容分壓器被布置用於根據電磁福射的充電電壓來產生跨第二電容I禹合的輸出電壓信號，該輸出電壓信號用於確定ESD事件的量值；
[0141]第一放電路徑，該第一放電路徑被布置為與第二電容耦合電並聯，以使第二電容奉禹合能夠放電；和
[0142]換向裝置，該換向裝置用於在第一放電路徑和第二放電路徑之間選擇性地進行切換，第二放電路徑允許第二電容耦合比經由主要放電路徑更快速地放電。
[0143]項目32是檢測ESD事件的方法，該方法包括:
[0144](i)由接收器接收來自對象的電磁輻射，該接收器與對象形成第一電容耦合；
[0145](ii)根據電磁輻射的充電電壓來獲得跨第二電容耦合的輸出電壓信號，第二電容率禹合與第一電容稱合形成電容分壓器；
[0146](iii)基於輸出電壓信號確定ESD事件的量值；
[0147](iv)使第二電容耦合通過被布置為與第二電容耦合電並聯的第一放電路徑放電；
[0148]以及
[0149](V)在確定量值時，從第一放電路徑切換至第二放電路徑，以允許第二電容耦合比經由主要放電路徑更快速地放電。
[0150]現已對本發明進行完全描述，但是本領域的普通技術人員應當清楚，在不脫離受權利要求書保護的範圍的情況下，可以對本發明做出許多修改。
【權利要求】
1.一種用於檢測對象造成的靜電放電事件的裝置，所述裝置包括: 接收器，所述接收器用於與所述對象形成第一電容耦合併且與接地端形成第二電容耦合；和 第一放電路徑，所述第一放電路徑用於使所述第二電容耦合向所述接地端放電，使得所述對象造成的靜電放電事件在第一時間間隔At1內以一定量對所述第二電容耦合進行充電，所述第一時間間隔顯著小於所述第二電容耦合通過所述第一放電路徑以相同量放電所花費的第二時間間隔At2。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中At1比At2小至少10倍。
3.根據權利要求1所述的裝置，還包括第二放電路徑，所述第二放電路徑用於使所述第二電容耦合向所述接地端放電，所述裝置能夠在所述第一放電路徑和所述第二放電路徑之間進行選擇。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中通過所述第二路徑的放電時間顯著小於通過所述第一路徑的放電時間。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述主要放電路徑包括電阻器，並且所述輸出電壓信號被布置用於通過所述電阻器來放電。
6.—種檢測對象造成的靜電放電事件的方法，所述方法包括: 在接收器和所述對象之間形成第一電容耦合，所述接收器還與接地端形成第二電容耦合； 由於所述對象造成的靜電放電事件，在第一時間間隔At1內以一定量對所述第二電容耦合進行充電；以及 使所述第二電容耦合經由第一放電路徑在第二時間間隔At2內以相同量向所述接地端放電，其中所述第一時間間隔At1顯著小於所述時間間隔At2。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括在所述第一放電路徑和用於使所述第二電容耦合向所述接地端放電的第二放電路徑之間進行切換。
8.根據權利要求7所述的方法，其中通過所述第二放電路徑的放電時間顯著小於通過所述第一放電路徑的放電時間。
9.一種ESD事件檢測器，包括: 接收器，所述接收器用於接收對象生成的電磁輻射並且用於與所述對象形成第一電容率禹合; 在所述接收器和接地端之間的第二電容耦合，所述第二電容耦合用於與所述第一電容耦合形成電容分壓器，所述電容分壓器被布置用於根據所述電磁輻射的充電電壓來產生跨所述第二電容耦合的輸出電壓信號，所述輸出電壓信號用於確定所述ESD事件的量值； 第一放電路徑，所述第一放電路徑被布置為與所述第二電容耦合電並聯，以使所述第二電容耦合能夠放電；和 換向裝置，所述換向裝置用於在所述第一放電路徑和第二放電路徑之間選擇性地進行切換，所述第二放電路徑允許所述第二電容耦合比經由所述主要放電路徑更快速地放電。
10.一種檢測ESD事件的方法，所述方法包括: (i)由接收器接收來自對象的電磁輻射，所述接收器與所述對象形成第一電容耦合； (?)根據所述電磁輻射的充電電壓來獲得跨第二電容耦合的輸出電壓信號，所述第二電容稱合與所述第一電容稱合形成電容分壓器， (iii)基於所述輸出電壓信號確定所述ESD事件的量值； (iv)使所述第二電容耦合通過被布置為與所述第二電容耦合電並聯的第一放電路徑來放電； 以及 (v)在確定所述量值時，從所述第一放電路徑切換至第二放電路徑，以允許所述第二電容耦合比經由所述主要放電路徑更快速地放電。
【文檔編號】G01R31/00GK104254783SQ201280072677
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2012年6月25日 優先權日:2012年4月26日
【發明者】西亞海·V·薩維奇 申請人:3M創新有限公司