Modèle standard IEC 61000-4-2

La norme CEM (Compatibilité ElectroMagnétique), initialement créée en 1984 sous le nom de IEC 801.2, renommée en 1995 IEC 61000-4-2 [6] définit une technique de test permettant de vérifier l’immunité des systèmes électroniques vis à vis des décharges électrostatiques. C’est le standard de test système le plus couramment utilisé. L’objectif est de reproduire la décharge typique d’un corps humain au travers d’un objet métallique dans le produit sous test. Pour reproduire cet évènement, la norme spécifie une forme de courant standard qui doit être injectée dans le produit sous test. Elle définit aussi comment construire le matériel et le montage nécessaire pour les essais, les procédures de test et d’étalonnage ainsi que les niveaux de défaillances.

(a) Pointe de décharge Batterie Gachette Ecran de contrôle Câble de_{retour de} masse 10MΩ 150pF Retour de masse Alimentation 330Ω haute tension

ou batterie ^{Relais decharge Gachette}

Pointe de décharge

(b)

Figure 1.23: Photographie d’un pistolet ESD de marque Schaffner (a) représentation schématique du testeur (b).

Afin de tester les produits, un générateur, communément appelé pistolet ESD est uti-lisé pour reproduire cette décharge. Une photographie d’un pistolet ESD est donnée Figure 1.23 (a). Il est composé d’une batterie, d’un écran de contrôle, d’une gâchette, d’un câble de retour de masse et d’une pointe de décharge représentant le doigt d’un hu-main. Le produit à tester est disposé sur un support isolant au milieu d’une table d’essai.

La table en bois, non conductrice, est placée sur un plan métallique de référence. Le câble de retour de masse du pistolet est connecté à ce plan.

Pour étalonner le générateur, la décharge du pistolet ESD est mesurée lorsque celui-ci est déchargé dans une cible (appelé en anglais : Pelegrini target) d’impédance équivalente 2 Ω, comme illustré Figure 1.24 (a). La forme d’onde typique obtenue se caractérise par un temps de montée très rapide (0.7 – 1 ns), d’un pic de courant pouvant aller jusqu’à plusieurs dizaines d’ampères et d’un deuxième pic moins intense mais plus long (Figure 1.24 (b)). La forme d’onde du courant produit par le pistolet doit correspondre à la forme de référence Figure 1.24 (b) et aux spécifications données par le Tableau 1.1.

(a) Cible _Mode contact 15 8 4 0 100 60 30 0 1 Temps (ns) Courant (A) Tension de charge : 4kV Courant de décharge dans la

cible d’impédance 2Ω

(b)

Figure 1.24: Cible de calibrage du pistolet ESD (a), forme du courant de décharge du pistolet ESD dans une impédance équivalente de 2 Ω pour une tension de charge de 4 kV (b).

Tension de charge Courant 1er pic Courant à 30ns Courant à 60ns

en (kV) ±10% (A) ±30% (A) ±30% (A)

2 7.5 4 2

4 15 8 4

6 22.5 12 6

8 30 16 8

Table 1.1: Paramètres de la forme d’onde de courant de décharge en contact

Le schéma de principe du testeur est donné Figure 1.23 (b). Le condensateur de stockage d’énergie de valeur 150 pF représente la capacité typique d’un corps humain d’un point de vue électrostatique. La résistance de 330 Ω peut être assimilé à la résistance de l’homme tenant un objet métallique dans sa main. Avant l’impulsion, une alimentation Haute Tension (HT) ou une batterie charge la capacité de stockage par l’intermédiaire d’une

1.3 Aspect système :

résistance de 10 MΩ. Lors de la procédure de test, des décharges peuvent être envoyées sur tous les points d’entrées du produit, accessibles par l’utilisateur selon deux modes :

– Le “mode air” : la gâchette du pistolet est enclenchée. Puis celui-ci est approché jusqu’à toucher la surface du produit. Durant cette procédure, une décharge dans l’air a lieu.

– Le “mode contact” : l’électrode du pistolet est placée sur la partie conductrice, c’est à dire un connecteur vers l’extérieur. Puis, la gâchette est enclenchée et une décharge est injectée directement dans le produit.

Dans tous les cas, une seule décharge doit être envoyée à la fois. Le pistolet doit être positionné perpendiculairement au point de test. Pour valider chaque point de test, la décharge est répétée minimum 10 fois avec un intervalle minimum de 1 s.

Niveau IEC Tension de décharge tension de décharge 61000-4-2 en contact (kV) dans l’air (kV)

1 2 2

2 4 4

3 6 8

4 8 15

Table 1.2: Niveau de conformité de la norme IEC61000-4-2.

La norme IEC 61000-4-2 définie 4 niveaux d’essais afin de tester la robustesse du pro-duit, pour les deux modes de décharge (Tableau 1.2). Lorsqu’un écart non désiré des caractéristiques de fonctionnement du dispositif sous test, temporaire ou permanent, est constaté par rapport aux caractéristiques attendues, le produit est considéré comme dé-faillant.

Une fois les tests effectués, les produits doivent être classés suivant leur robustesse et leur susceptibilité face au niveau définit. Pour cela, la norme spécifie les 4 classes A, B, C et D suivantes :

– A : Fonctionnement normal dans les limites spécifiées par le fabricant, le demandeur de l’essai ou l’acheteur.

– B : Perte temporaire de fonction ou dégradation temporaire du fonctionnement ces-sant après la disparition de la perturbation ; le matériel soumis à l’essai retrouve alors son fonctionnement normal sans l’intervention d’un opérateur.

– C : Perte temporaire de fonction ou dégradation temporaire du fonctionnement dont la correction nécessite l’intervention d’un opérateur.

– D : Perte de fonction ou dégradation du fonctionnement non récupérable, due à une avarie du matériel ou du logiciel, ou à une perte de données.

1.3.1.1.1 Problèmes de reproductibilités liés à ce standard : Les testeurs réalisés en accord avec le standard IEC61000-4-2 permettent de tester l’immunité des systèmes élec-troniques vis à vis des décharges électrostatiques. Cependant, ce standard ne spécifie que quatre paramètres (temps de montée, courant à 1 ns, 30 ns et 60 ns) décrivant uniquement la forme d’onde du courant de décharge dans une impédance de deux ohms. Aucune autre information concernant le rayonnement ainsi que le spectre n’est spécifiée. Ainsi, même si les formes de courant générées par des pistolets de marques différentes sont similaires et respectent le standard, leur rayonnement électromagnétique ainsi que leur spectre peuvent varier considérablement. Ces variations peuvent perturber le fonctionnement du système et créer des différences de robustesse impliquant des problèmes de reproductibilité. Les annexes A donnent un état de l’art des problèmes liées au pistolet ESD permettant de justifier ce paragraphe.