静电防护工程的研究与进展

静电放电已成为信息化时代的公害之一 ,它不仅是危险场所的点火源、引爆源 ,而且是信息化设备的电磁干扰源。文章在论述静电放电危害、静电放电的特点、作用机理和形成静电危害基本条件的同时 ,报道了我国在静电检测与静电防护工程研究方面的成果与进展 ,提出了“信号自屏蔽 -电荷耦合”测试原理、真实静电感度测试方法、织物电位测试方法和人体静电动态电位测试技术 ,建立了电火工品静电发火数理模型、“静电危险场所”等级划分标准和分类防护措施、预测静电危害的逻辑关系图和静电防护的一般原则与对策。文章介绍了部分实验数据和该领域当前研究的热点问题及发展趋势。

基于电磁仿生概念的静电放电注入损伤防护模型设计

随着半导体制造工艺水平和电路集成度的不断提高,加之电磁环境日趋复杂、多变,使得应用于电子系统的传统电磁防护和抗扰方式的不足正日渐突出,导致典型现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电磁抗扰度逐渐下降。以广泛应用的FPGA为研究对象,针对典型近场危害源静电放电(ESD)的防护问题,利用试验方法模拟人ESD注入FPGA芯片对其内部电路造成损伤的过程,建立FPGA受ESD损伤的行为级故障模型,结果表明,电子系统与生物系统受损过程具有某些相似的规律。进而基于电磁仿生学的思想,设计了具有冗余机制和结构自组织功能的虚拟细胞模型,利用遗传算法实现故障自修复的功能。最后利用马尔可夫模型分析其稳态可用度,证明在随机ESD事件频繁发生并导致电路损伤时,此模型仍能保持较高的可用度和安全性。

电磁兼容与电磁防护相关研究进展

从内涵和外延上看,电磁兼容与电磁防护是一个有机的整体,其研究重点都是电磁环境对设备或系统的作用机理、能量耦合途径等,目的都是为了保障设备或系统在预定电磁环境中的生存能力和运行能力。围绕电磁干扰源、电磁能量耦合途径和敏感对象这3个基本要素,重点从仿真建模、实验测试、防护措施等角度对国内外开展的相关研究工作进行了概述和分析,指出日益复杂的电磁环境、高度集成的电子设备及系统对电磁兼容与电磁防护研究提出了更高要求,即发展快速、准确、智能化的电磁干扰溯源技术,建立更大规模、更复杂系统在宽带范围内的电磁兼容预测模型,研究电磁能量主要耦合途径的分析确定方法和电磁环境效应的多物理场联合建模技术,推进电磁防护新技术、新材料、新器件的开发和工程化应用等已成为该领域的研究热点。

静电放电电磁脉冲的实验研究

利用单极子天线对静电放电产生的电磁脉冲进行了实验研究。测量表明，静电放电电磁脉冲辐射场为脉冲持续时间百纳秒的窄脉冲，但在距离放电源几米以内，其场强很大，典型值可达千伏每米量级，其频谱主要分布在几十到几百兆赫，典型的频谱上限值可以达到几个吉赫。

静电放电电磁脉冲理论建模与作用机理研究进展

通过静电放电效应实验和理论分析,研究了IEC6100042标准规定的实验方法与实验平台的局限性,提出了改进的ESD电磁场理论模型,探讨了静电放电电磁脉冲对微电子器件作用机理,提出了相应防护对策。

电磁仿生学—电磁防护研究的新领域

由于集成度提高而导致集成电路电磁抗扰度下降以及电磁环境越发严峻等因素,使得传统电磁抗扰方式的不足日渐突出。因此,通过讨论生物进化的某些概念、部分生物系统的特点及其在电子系统中所具有的对等性,尝试将仿生学的基本方法引入电磁防护领域,创建并初步验证了一种基于仿生机制和模型的防护新模式。进而,详细阐述了电磁仿生的基本概念、技术基础和实现目标等具体内容,介绍了目前电磁仿生研究中已取得的相关成果,证明了电磁仿生技术的可行性与有效性,以及建立电磁仿生学科的重要性和必要性。

静电放电电磁脉冲辐照效应研究

基于传输线理论研究了静电放电电磁脉冲(ESD EMP)对电路的辐照效应机理,并建立了相关的数学模型.参照IEC61000-4-2标准,进行了ESD EMP辐照效应实验,同时实测了耦合板周围电场强度,实验结果表明,当受试设备电路板平行于水平耦合板(HCP)放置时,在电场强度类似的情况下,对水平耦合板(HCP)放电时的感应干扰电压普遍比对垂直耦合板(VCP)放电时高.将实验结果与模型分析比较,结果吻合良好,因此可以用此模型来研究静电放电产生的电磁脉冲场与电子系统的能量耦合问题.本文研究也表明现行的IEC61000-4-2标准存在不足,水平耦合金属板会改变静电放电电磁脉冲辐射场的入射方向,对测试结果影响较大,需要对被测设备(EUT)的摆放位置作进一步的规范.

静电放电电磁脉冲激励下材料屏蔽效能研究

为更好地评价电磁屏蔽材料对静电放电电磁脉冲的屏蔽效能,对静电放电脉冲激励下的材料的屏蔽效能进行了时域测试研究。以静电放电电磁脉冲为注入源,结合宽带同轴测试夹具和数字存储示波器,对一种平面材料的屏蔽效能进行了时域测试。通过得到的屏蔽前后的信号,计算了不同激励电压下该材料的峰值屏蔽效能,结果表明激励电压的大小对该材料的电磁脉冲屏蔽效能影响不大。通过对屏蔽前后信号的FFT变换计算了其频域幅频特性曲线,与频域实验测试所得的幅频特性曲线进行了对比,结果比较一致。表明该时域测试系统能够可靠地评价材料对高压静电放电电磁脉冲激励下的衰减能力。

电磁防护仿生技术研究的进展与展望

为了从生物中汲取灵感,进而设计抗干扰能力强、可靠性高的电子系统,对近些年新兴的电磁防护仿生技术的发展脉络进行了详细总结。阐述了电磁防护仿生技术主要研究内容,并展示了现阶段电磁防护仿生研究已取得的成果。生物的神经系统是高度复杂的信息处理和控制系统,具有自组织和自适应的优良特性,同时也具有很高的容错能力。因此,结合神经信息处理方式、编码特点和集成电路实现,进一步探讨和分析了进行电磁防护仿生研究的新思路。

静电放电电磁场与金属腔体孔缝耦合的数值研究

用时域有限差分方法研究了静电放电火花产生的电磁场在其近场区域与带孔缝金属腔体的耦合问题,基于修正的静电放电火花偶极子模型和脉冲函数放电电流解析表达式,建立了耦合数值模型,经计算分析表明,腔体内孔缝周围分布着较强的静电感应场,而耦合进腔体的瞬变场可以使腔体发生以TE101模为主的腔体谐振,但谐振幅度不大。

电磁防护仿生研究的内容、基础与实现规划

阐述了电磁防护工作中仿生研究所需要涉及的基本概念内容,提出了此类防护研究中的生物-电子研究的实现基础、关键技术和总体构成,细化了基于动物神经系统电信号传导机制及抗扰机理研究的具体探索方向、设想和实现规划,并从工程角度介绍了实施策略,使得复杂电磁干扰环境下控制系统板卡、芯片级防护的仿生构想在技术上成为可能。

自适应智能电磁防护材料测试方法研究

目的在强电磁场环境下研究自适应智能电磁防护材料的相变特性。方法针对自适应智能电磁防护材料相变前后电导率的变化范围大、需要强场激励状况,考虑测试系统强场生成、大动态范围、测试精度以及相应的绝缘性和较高的安全性要求,采用电容充放电原理设计强场激励测试电路,搭建绝缘环境,确保操作的安全性和测试数据的可靠性。结果利用测试系统对现有商业化电阻器进行验证试验,得到的特性曲线与理论相一致。结论测试系统能够满足自适应智能电磁防护材料相变特性试验的需求,可获取有效且可靠的测试数据。

静电放电与电子设备电磁耦合关系的实验研究

利用电小单极子天线、磁小环天线和IEC61000-4-2规定的IEC电流波形标定装置组建的国内第1台静电放电电磁场测试系统,对接触式静电放电进行了系统的实验研究,确定了放电电流特征值与受试设备接受到的耦合电压之间的关系.

基于电磁防护仿生概念电路演化修复关键技术研究

基于电磁防护仿生概念,以电机控制系统为例给出了设计具有自修复能力电子系统一般方法,深入分析了重配置电路模型对电路演化修复的影响,提出了优化重配置电路模型的方法。实验结果表明,利用该优化方法改进的重配置电路模型大大降低了电路生成时间,提高了电路修复速度。

电磁防护仿生原理与故障自修复机制研究

借鉴生物神经网络信息传递的抗扰特点,开展了电磁干扰环境下通过仿生方式进行的电子电路抗扰与防护研究,以便采用新原理、新技术和新方法解决传统的电磁干扰防护手段不足的问题。通过基于布尔模型的复杂生物网络拓扑建模与简并特征分析,证明了网络简并性与功能鲁棒性之间的相互作用关系,以解决抗扰原理问题;通过构建基于神经元电路和可塑突触电路的神经网络电路模型,分析了突触权重的分布对于网络自修复特性的影响,以解决防护机制问题。进而,为电磁防护仿生原理及自修复机制的深入研究形成了一定的理论基础并完成了前期实践。

DSP通信系统的静电放电电磁脉冲敏感性研究

选用可编程数字信号处理器(DSP)和单片微控制器(SCM)等组成CAN总线通信系统,采用人体-金属 静电模型,利用静电放电模拟器对水平耦合板、垂直耦合板放电,对该DSP通信系统进行了静电放电电磁脉冲 (ESD EMP)辐照效应实验研究,得出了该DSP通信系统出现“死机”故障的ESD敏感电压值．实验表明,靠近 DSP芯片一侧比靠近SCM一侧更易受到静电放电电磁脉冲的干扰．

复杂电磁环境下电子系统仿生防护模式研究

阐述电磁防护工作中仿生研究所需要涉及的学科类型和基本内容，对所做工作在整个仿生领域中进行大致的定位；提出生物一电子研究的对等模型、总体构成和实现基础，细化具体研究的方向、设想和防护模式，并从原型实现的工程角度介绍实施策略，使得复杂电磁干扰环境下控制系统板卡及芯片级防护的仿生构想在技术上成为可能。

月球静电效应及防护研究

月球表面由于空间环境和月球特性极易造成强烈的静电起电现象,当登月探测器或航天员到达月球表面时,在与月壤摩擦的过程中也会产生静电。登月探测装备的月球静电环境效应危害极大,带静电荷月尘可能进入甚至覆盖登月探测器所载仪器设备,作用于登月探测器的通讯系统、光学系统、电源系统、热控系统、甚至航天员。由于月球与地球的巨大环境差异而无法应用地球上静电防护的成熟技术。研究了月尘的静电学特性,带静电月尘对航天装备产生的影响,月球静电消除技术等新的技术发展。

静电放电防护器件研究综述

静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）严重影响当今微电子器件的可靠性,使用静电放电防护器件是提高电路ESD可靠性的一种重要途径。随着微电子技术的高速发展,出现了多种新型防护器件。文章介绍了当前最常用的几种静电放电防护器件（瞬态电压抑制管（TVS）、可控硅整流器件（SCR）、NMOS器件）的工作机理及其国内外研究现状和发展趋势。开展静电放电防护器件研究,对提高静电放电防护器件性能及设计新型静电放电防护器件有着重要指导作用。

模仿神经元网络抗扰特性的电磁防护仿生研究

目的研究神经元在噪声干扰环境下信息处理的抗扰特性,为电磁防护仿生研究提供有益借鉴。方法利用Hodgkin-Huxley模型建模神经元电信号的产生,结合S空间编码理论分析神经信息的表达。在此基础之上,研究神经信息处理在噪声干扰环境下的抗扰特性。建立具有噪声耦合方式的神经元数学模型,并在不同噪声强度下,计算神经元输出电信号对输入刺激的S空间编码,讨论噪声对编码的影响。结果在S空间中,神经元将输入刺激信号编码成符号序列,符号序列间的排序关系与输入信号频率间的排序关系所对应。输入噪声能够改变符号序列的值,但并没有改变符号序列间的排序关系,从而不会影响神经元在S空间中所表达的信息。结论 S空间编码是神经元抵御输入噪声干扰的一种重要机制,值得电子系统借鉴,以提高其抗扰能力。