基于高阶矩的tvs管过冲电压分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在静电放电（Electro-Static Discharge, ESD)环境下基于高阶 矩的瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppressor, TVS)过冲电压的分析方法，属于电 磁兼容领域。
【背景技术】
[0002] 随着高速数字芯片的发展以及无线通讯设备的广泛应用，电气设备处在越来越复 杂的高密度电磁环境中，电磁兼容（Electro Magnetic Compatibility, EMC)则成为产品从 设计阶段开始就需要考虑的重要环节。EMC是指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执 行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干 扰，达到"兼容"状态。换句话说，电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响，从电磁角 度具有相容性的状态。相容性包括设备内电路模块之间的相容性、设备之间的相容性。 EMC 领域包括电磁骚扰（EMI)和电磁抗干扰（EMS)。而ESD则属于EMS领域，亦是EMS标准测试 中必测的一项，测试标准参照GB/T17626. 2。
[0003] 在电子电器产品的生产和使用过程中，操作者是最活跃的静电源，人在地面上运 动就可能积累一定数量的电荷，当人体接触与地相连的元器件、装置时就会产生ESD。ESD 对于电气设备是严峻的考验，其可以造成元器件损伤、电路板失效和信息丢失。对于ESD的 常规保护就是在电气设备的输入端口装设TVS，利用其雪崩击穿状态泄放ESD产生的瞬时 高压及大电流。一般TVS的参数只给出其嵌位电压，但是在其作为ESD保护器件时，会产生 数量级为l〇_ 9s可高达100V (标准测试环境下，采用单次接触式放电，测试等级为2kV)的振 荡电压，我们称之为过冲电压。而过冲电压会给电子设备造成一系列如工作状态不稳定、内 部敏感元件失效或潜在损伤等危害。
[0004] 对此，本发明提出了一种TVS过冲电压的分析方法，旨在对TVS过冲电压建模方法 进行深入分析，通过建模与误差补偿的方式得到一种具有普适性的TVS等效模型用以预估 其作为ESD端口保护时产生的过冲电压，具有一定实用价值。
【发明内容】
[0005] 针对目前由于TVS本身的寄生参数造成其作为ESD防护器件时造成的被测设备的 功能失效问题，本发明针对TVS的过冲电压问题提供了一种基于方差补偿和高阶矩的分析 建模方法，能够准确的分析出在TVS用于ESD保护时产生的过冲电压。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 基于高阶矩的TVS管过冲电压分析方法，具体包括如下步骤：
[0008] 第一步，分别考虑TVS管的射频电阻、寄生电感和结电容的影响，对TVS管过冲电 压进行建模，过冲电压模型为：首先，寄生电感L s与射频电阻Rs的一端串联；击穿电阻Rp与 结电容Cj并联后的一端与射频电阻R s的另一端串联，并联后的另一端与击穿电压UBR串联 连接；
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[0009] 第二步，计算TVS管的射频电阻，TVS的射频电阻Rs可由式⑴得到
【主权项】
1.基于高阶矩的TVS管过冲电压分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 第一步，分别考虑TVS管的射频电阻、寄生电感和结电容的影响，对TVS管过冲电压进 行建模，过冲电压模型为：首先，寄生电感Ls与射频电阻Rs的一端串联；击穿电阻Rp与结电 容C j并联后的一端与射频电阻Rs的另一端串联，并联后的另一端与击穿电压Ubr串联连接； 第二步，计算TVS管的射频电阻、寄生电感和结电容，对模型的结果相对于标准环境下 的ESD测试结果进行校准，采用方差法将模型与标准实验结果中数据误差补偿到模型的数 据结果上；采用方差法处理过冲电压模型中的数据的公式为：
式中，η表示误差数据的数量；X为TVS管过冲电压校准模型计算值与标准环境下ESD 实验结果各时刻对应的误差值；X为这组误差值的平均值； 方差法校准后的TVS管过冲电压等效模型如下面的多项式所示：
A为（aQ, a。. . .，ak)，其中，ak为待定系数，k取0, 1，2，;x $过冲电压等效模型的 计算值吼为校正过后的值；由模型计算值X i与标准测量值y 同确定，即可实现TVS过 冲电压模型的误差校准； 第三步，按上述方法校准过后，利用高阶矩对校准结果进行优化分析：计算校准后的 TVS管过冲电压模型的值与标准环境下测量结果的高阶矩，比较这两组高阶矩可以判断两 组数值的分布特性的相似度；三阶矩可以反映待估数据组分布特性的偏度，可由三阶矩进 行数据优化分析，三阶矩公式为： 式中，Xi为被测
数据组的值；为该组数据的均值；η为采样长度；〇为标准差；当偏 度S的计算值为0时，表明被测数据组分布对称，若S>0,则数据组分布向左偏斜，S〈0则数 据组向右偏斜。
【专利摘要】本发明公开了一种基于高阶矩的TVS管过冲电压分析方法。首先，分别考虑TVS管的射频电阻、寄生电感和结电容的影响，对TVS管过冲电压进行建模；其次，计算TVS管的射频电阻、寄生电感和结电容，对模型的结果相对于标准环境下的ESD测试结果进行校准，采用方差法将模型与标准实验结果中数据误差补偿到模型的数据结果上；最后，校准过后，利用高阶矩对校准结果进行优化分析。本发明的方法能够准确的分析出在TVS用于ESD保护时产生的过冲电压，为抗ESD电磁干扰整改的研究提供理论应用。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104657540
【申请号】CN201510038377
【发明人】赵阳, 童瑞婷, 张丹宁, 吴斌, 夏欢, 吴茜, 耿路
【申请人】南京师范大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月26日