静电无处不在。尤其是在冬天的北方，天气干燥的时候，脱衣服的时候就会产生噼里啪啦的静电，晚上的时候还能看到辉光。这种静电放电（Electro Static Discharge）现象，在电子器件中如果防护不当，甚至会烧毁设备。因此，现在越来越重视对静电的防护。大多数的IC也都有2kv的抗静电能力。

一、 静电放电（ESD）原因

正常情况下，物体呈现电中性。而物体会通过摩擦、感应等方式获得电子或者失去电子，使物体带电。我们知道绝缘体和导体之间不是绝对的，当能量足够大的时候，就会把绝缘体击穿，从而传导电荷。物体电荷积累到足够多的时候，就可能把本来不导电的空气击穿，从而泄放电荷，进入新的平衡。这就是静电放电现象。通常由于击穿，电阻就会很小，从而造成瞬间大电流。但这样的静电能量并不高，因此，大电流的持续时间也很短。

二、静电放电模型及标准

根据特征不同，通常将静电放电模型分为人体模型（HBM)、机器模型（MM）和带电器件模型（CDM）。

目前，欧盟已经做了工业级别的静电防护标准，即IEC61000-4-2，我国的静电标准为GB/T 17626.2-1998，与欧盟标准IEC61000-4-2等同。下图为静电发生器简图，也是典型的静电放电模型图。

图1 静电发生器简图

首先，左侧直流高压电源通过电阻给电容Cs充电，继而断掉左侧开关，再次打开放电开关，使Cs中的电荷通过Rd放电电阻泄放给待测设备。在IEC61000-4-2标准下，储能电容Cs为150pF，放电电阻Rd为330 ohm。

而人体模型中，Cs为100pF，Rd为1.5Kohm；机器模型中，Cs为200pF，Rd几乎为0 ohm。可以看出，机器模型中，储能电容的容值更高，就意味着电荷更多，而放电电阻几乎为零，则意味着线路阻抗很低。这样，高电荷低阻抗的放电回路，静电的能力也是最强。因此，机器模型也被称为“最严酷的人体模型”。带电器件模型，是在电子产品制造和运输中摩擦、接触累积的电荷，实际上很难模拟放电过程。因此也没有形成具体的测试标准。

下图为在人体模型中，人体的静电带电最高电压及环境之间的关系。我们就可以理解，为什么在北方干燥的冬天，穿着涤纶等合成化纤的衣服，会经常被静电打到，而这时候的静电电压甚至能高达15kv。

图2 人体静电放电电压与环境的关系

根据静电放电模型，IEC61000-4-2模拟静电放电做了相应的静电产生设备——静电发生器，又叫静电枪。图1就是静电枪的电路。而基于该标准的静电放电波形图如下图：

图3 静电放电发生器输出电流的典型波形

从图中可以看出，第一尖峰的上升时间tr=0.7-1ns。（上升时间的计算为从10%处上升到90%处所用的时间。）电流在此时间内幅度波动巨大，1-30A不等。而放电能量的频率也从几十Mhz到1Ghz不等，但大多数能量都集中在低频放电区域。

根据人体放电模型，IEC61000-4-2制定了五级的试验等级，包括了4个试验等级和1个开放等级。一般电子产品过的CTA认证，要求静电等级为3，即接触6kv，空气8kv。相应的接触放电和空气放电的静电枪的枪头是不同的，接触放电的头是尖头，方便接触，而空气放电的枪头是圆头。表1为静电放电试验等级。图4为静电枪头示意图。