LabVIEW开发人体动态电位器设计及应用

随着集成电路产业的快速发展，电子设备的集成密度显著提高。电子设备的防静电能力变差，电子设备对静电放电的易感性也更严重。人类是各种科研活动的主要焦点，也是静电防护中的主要危险源之一。如果一个人执行接触分离动作，他将被充电数千伏甚至数十千伏。如果该人触摸设备或组件并引起较大的脉冲电流将放电。它会永久损坏设备。即使没有放电，千伏级电压也可能导致互补金属氧化物半导体技术芯片的软故障或硬故障。随着芯片制造技术发展到5纳米水平，芯片的防静电能力变弱，无法处理100V甚至更低。因此，监测人类活动引起的静态电压具有重要意义。由于人类活动复杂，电压可以是几伏到千伏，运动速度可以是0.1-10米/秒，并且很难正确记录代表它们的波形。因此，设计一种精度高、动态性能好的人体动态电位器对于提高电子静电安全性具有重要意义。

人体电位器有两种类型，非接触式和接触式模式。非接触式电位器的原理是利用探头和带电物体之间的电场来测试表面电位。由于它不与静止的带电物体接触，因此不会影响表面电位。非接触式测量通常用于测量绝缘体和隔离导体表面的接地电压;但是，对于运动物体，测量结果受测试距离的影响很大，并且频段较窄。项目介绍了用于测量人体充电电压的接触模式人体动态静电电位器的设计。人体电位测量系统利用等电位原理，采用接触法测量人体静电，可有效提高系统的精度和动态性能。

为了克服以前仪器在低压下的测量误差弱点，提出了具有以下新颖特性的同轴电容器传感器。

电容分压器（CVD）用于代替电阻分压器，可以避免寄生电容和大尺寸1TΩ电阻器。分析可能影响电容器传感器值的内外同轴电容器的结构、尺寸、距离和相对位置，以实现高精度。

分析了电容值对测量结果的影响。温度可能导致分压器比发生较大变化。分析了温度对高压电容器和低压电容器的影响。与现有其他仪器相比，所提设备具有测量误差小、体积小、温度补偿小等优点。

人体动态电位器用于测量人体通过EPA中的各种活动产生的电压，切比雪夫不等式用于预测短期测试结果产生的长期静电电压值。这些数据将用于支持敏感组件静电保护的ESD标准，以避免EPA中人为活动造成的ESD风险。

VDR测试设置采用信号发生器（Agilent33250A）向多功能标准源（Fluke5522A）生成低压信号，高压源的输出连接到同轴CVD的电极。输出电压Vo由运算放大器OPA129隔离，该运算放大器具有1000TΩ输入电阻，然后由带有24位模数转换器（ADC）测量，并显示在上位机软件中。

校准设置经过校准的高压源FLUKE5522A用作标准电压源，为1kV范围提供高压信号。6kV范围的高压电源是经过校准和定制的参数化高压脉冲电源。输出电压幅度范围为0–15kV;频率范围为1Hz–100kHz;脉冲宽度为0–1毫秒;上升沿和下降沿可在50–500ns范围内调节，步长为10ns。高压信号由电位计测量，并与基准电压进行比较。同时，示波器RIGOLDS6104通过高压探头连接到高压源，以检查基准电压的正确性。

已经开发出一种带有人体动态电位计的创新ESD测量技术。标定结果证明，该系统精度高，动态性能好。该系统用于人类活动引起的EPAESD的本研究。人体充电过程被称为复杂活动。在模式行走、随机行走和脚移动操作过程中，充电电压与部落充电时间、速度、接触面积和压力有关。

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