特許 6061213 静電気放電事象検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6061213

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】静電気放電事象検出器

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/00 20060101AFI20170106BHJP

   G01R 29/12 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   G01R29/00 E

   G01R29/12 Z

【請求項の数】10

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-508930(P2015-508930)

(86)(22)【出願日】2012年6月25日

(65)【公表番号】特表2015-520844(P2015-520844A)

(43)【公表日】2015年7月23日

(86)【国際出願番号】US2012043931

(87)【国際公開番号】WO2013162635

(87)【国際公開日】20131031

【審査請求日】2015年5月28日

(31)【優先権主張番号】13/456,367

(32)【優先日】2012年4月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515163690

【氏名又は名称】デスコ インダストリーズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(72)【発明者】

【氏名】サヴィチ， シャルヘイ ヴイ．

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３１２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１１３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０３１３７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０３９３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２２９６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２９／００

Ｇ０１Ｒ ２９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体による静電気放電事象を検出するための装置であって、前記装置は、
前記物体との第１容量性結合及び接地との第２容量性結合を形成するレシーバと、
前記第２容量性結合を前記接地へ放電させるための第１放電経路と、を含み、
前記物体による静電気放電事象は、第１時間間隔Δｔ１に前記第２容量性結合を一定量分充電させ、前記第１時間間隔は、前記第１放電経路を通じて前記第２容量性結合を同量分放電させるのにかかる第２時間間隔Δｔ２よりも短い、装置。

【請求項2】

Δｔ１は、Δｔ２の１／１０未満である、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第２容量性結合を前記接地へ放電させるための第２放電経路を更に含み、前記装置は、前記第１放電経路と前記第２放電経路のどちらかを選択することができる、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記第２放電経路を通じた放電時間は、前記第１放電経路を通じた放電時間よりも短い、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記第１放電経路は、抵抗器を含み、出力電圧信号は、前記抵抗器を通じて送出するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

物体による静電気放電事象を検出するための方法であって、前記方法は、
レシーバと前記物体との間に第１容量性結合を形成する工程であって、前記レシーバはまた、接地との第２容量性結合を形成する、工程と、
前記物体による静電気放電事象により第１時間間隔Δｔ１に前記第２容量性結合を一定量分充電させる工程と、
前記接地への第１放電経路を介して第２時間間隔Δｔ２に前記第２容量性結合を同量放電させる工程であって、前記第１時間間隔Δｔ１は、前記第２時間間隔Δｔ２よりも短い、工程とを含む、方法。

【請求項7】

前記第２容量性結合を前記接地へと放電させるために、前記第１放電経路と第２放電経路を切り替える工程を更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第２放電経路を通じた放電時間は、前記第１放電経路を通じた放電時間よりも短い、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

ＥＳＤ事象検出器であって、
物体により生じる電磁放射を受け、前記物体との第１容量性結合を形成するためのレシーバと、
前記第１容量性結合と容量分圧器を形成するための、前記レシーバと接地との間の第２容量性結合であって、前記容量分圧器は、前記電磁放射の電荷電圧の関数として前記第２容量性結合にわたって出力電圧信号を生成するように構成され、前記出力電圧信号は、ＥＳＤ事象の規模を決定するために使用される、第２容量性結合と、
前記第２容量性結合の放電を可能にするために、前記第２容量性結合と電気的に並列に構成された第１放電経路と、
前記第１放電経路と第２放電経路とを選択的に切り替えるための転流装置であって、前記第２放電経路は、前記第２容量性結合が前記第２放電経路を介することで前記第１放電経路を介するよりも速く放電することを可能にする放電経路である、転流装置とを含む、ＥＳＤ事象検出器。

【請求項10】

ＥＳＤ事象を検出する方法であって、前記方法は、
（ｉ）レシーバにより物体からの電磁放射を受ける工程であって、前記レシーバは前記物体との第１容量性結合を形成する、工程と、
（ｉｉ）前記電磁放射の電荷電圧の関数として第２容量性結合にわたって出力電圧信号を得る工程であって、前記第２容量性結合は、前記第１容量性結合と容量分圧器を形成する、工程と、
（ｉｉｉ）前記出力電圧信号に基づいて、ＥＳＤ事象の規模を決定する工程と、
（ｉｖ）前記第２容量性結合と電気的に並行に構成された第１放電経路を通じて前記第２容量性結合を放電させる工程と、
（ｖ）前記規模を決定する際に、前記第１放電経路から第２放電経路へと切り替えて、前記第２容量性結合が前記第２放電経路を介することで前記第１放電経路を介するよりも速く放電することを可能にする工程と、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
２０１２年４月２６日出願の、米国特許出願番号第１３／４５６，３６７号からの優先権を主張し、その開示は、参照としてその全体を組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、静電気放電（ＥＳＤ）事象を検出、測定し、及び連続的にモニタリングするためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

既存の非接触ＥＳＤ事象検出器は主に、２つの物体間の非常に速い電荷移動により誘発される、高周波電磁放射に基づく。

【0004】

例として、Ｃｒｅｄｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（米国特許番号第６，５６３，３１９号）によるＥＳＤ事象検出器は、ＥＳＤ事象から生じるリンギング回路内の緩和振動信号を生じる。その後信号が、高周波増幅器を通過して、包絡線検出器へと到達する。検出器の出力のＤＣ電圧は、ひいてはＥＳＤ事象の振幅と比例すると言われている。しかしながら、適切なスペクトル成分を有する他の信号が、誤った検出を生じることがある。検出器の出力のＤＣ電圧はまた、ＥＳＤ立上り時間に大きく依存し得る。更にＥＳＤ事象の、立ち下がりエッジはまた、干渉するリンギングを形成することがあり、不正確な出力を生じることがある。

【0005】

３ＭからのＥＳＤ事象検出器（米国特許番号第７，５２５，３１６号）は、アナログ−デジタルサンプリング、及びデジタル信号処理のマイクロプロセッサを使用して、ＥＳＤ事象と、電磁干渉（ＥＭＩ）などの、他の信号との間の区別を行う。各ＥＳＤ事象を検出するために、比較的長いサンプリング時間を必要とするため、この装置は、多数の連続的なＥＳＤ事象を認識することができないことがある。また、サンプリング及びデジタル信号処理の両方が、高い電力消費を必要とする。したがって、そのような方法を使用して、電池電源を使用するのは容易ではないことがある。

【0006】

先行技術はまた、米国特許番号第５，３１５，２５５号、同第５，７１９，５０２号、同第５，９０３，２２０号、及び同第６，５６３，３１９号を含む。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の特定の表現において、物体による静電気放射事象を検出するための装置が提供され、装置は、
物体と第１容量性結合及び接地と第２容量性結合を形成するレシーバと、
接地との第２容量性結合を放電させるための第１放電経路であって、物体による静電気放電事象は、第１時間間隔Δｔ_１に第２容量性結合を一定量だけ充電させ、この時間間隔は、第１放電経路を通じて同じ量だけ第２容量性結合を放電させるのにかかる第２時間間隔Δｔ_２よりも実質的に短い、第１放電経路とを含む。

【0008】

Δｔ_１は、Δｔ_２の１／１０未満である。あるいは、Δｔ_１は、Δｔ_２の１／１００未満である。装置は、接地との第２容量性結合を放電させるための第２放電経路を更に含み、装置は第１放電経路と、第２放電経路のどちらかを選択することができる。第２経路を通じた放電時間は、第１経路を通じた放電時間よりも実質的に短いことがある。

【0009】

装置は更に、第１放電経路と第２放電経路を切り替える、転流装置を含み得る。装置は更に、転流装置の切り替えを制御するためのプロセッサを含み得る。装置は、フィルタリングした電圧信号を生成するために、出力電圧信号の無線周波数信号を遮断するためのローパスフィルターを更に含み得る。装置は、レシーバの出力インピーダンスを、ローパスフィルターの入力インピーダンスに適合させるように構成された増幅器を更に含み得る。

【0010】

装置は、フィルタリングした電圧信号のピーク電圧を出力するためのピーク検出回路を更に含んでもよく、ピーク電圧に基いてＥＳＤ事象の規模が判定される。プロセッサが、ピーク検出回路からピーク電圧を得た後に、第放電経路から第２放電経路へと切り替えるように構成され得る。

【0011】

プロセッサは、ピーク電圧を得た後に、ピーク検出回路をリセットするように構成され得る。ピーク検出回路は、正のピーク検出器、及び負のピーク検出器を含み得る。装置は更に、反転した出力信号を生成するために、フィルタリングした電圧信号を反転するためのインバータを含んでもよく、反転した出力信号は、負のピーク検出器に受信される。装置は更に、反転した出力信号に基いてトリガパルスを生成するように構成された、パルス生成回路を含み得る。

【0012】

プロセッサは、低電力スタンバイモードと、アクティブモードのどちらかを動作可能であり得、プロセッサは、トリガパルスを検出する際に、低電力スタンバイモードから、アクティブモードへと切り替えるように構成されている。前記パルス発生回路は、反転出力信号の一次導関数と比例する、増幅した出力信号を生成するための、反転微分増幅器を含んでもよく、トリガパルスは増幅出力信号に基いて生成される。一次放電経路は、抵抗器であってもよく、出力電圧信号は、抵抗器を通じて放電させるように構成される。

【0013】

本発明の第２の特定の表現において、物体による静電気放射事象を検出するための方法が提供され、方法は、
レシーバと物体との間に第１容量性結合を形成する工程であって、レシーバはまた、接地との第２容量性結合を形成する、工程と、
物体による静電気放電事象により第１時間間隔Δｔ_１に一定量だけ、第２容量性結合を充電させる工程と、
接地への第１放電経路を介して第２時間間隔Δｔ_２に、同じ量だけ第２容量性結合を放電させる工程であって、第１時間間隔Δｔ_１は、時間間隔Δｔ_２よりも実質的に短い、工程とを含む、方法。

【0014】

方法は、第２容量性結合を接地へと放電させるために、第１放電経路と、第２放電経路を切り替える工程を更に含み得る。第２放電経路を通じた放電時間は、第１経路を通じた放電時間よりも実質的に短いことがある。方法はさらに、プロセッサにより、第１放電経路から第２放電経路への切り替えを制御する工程を含み得る。方法は、フィルタリングした電圧信号を生成するため、出力電圧信号の無線周波数信号を遮断するために出力電圧信号をフィルタリングする工程を更に含み得る。方法は更に、ピーク検出回路により、フィルタリングした電圧信号のピークを検出する工程と、フィルタリングした電圧信号のピーク電圧を出力する工程と、ピーク電圧に基いてＥＳＤ事象の規模を決定する工程とを更に含み得る。

【0015】

方法は更に、ＥＳＤ事象の規模を判定した後に、ピーク検出回路をリセットする工程を更に含み得る。フィルタリングした電圧信号のピークを検出する方法は、フィルタリングした電圧信号の正のピーク又は負のピークを検出する工程を含み得る。

【0016】

方法は更に、フィルタリングした信号を反転して、反転した出力信号を生成する工程を更に含んでもよく、フィルタリングした電圧信号のピークを検出する工程は反転した出力信号の負のピークを検出する工程を含む。方法は更に、反転した出力信号に基いてトリガパルスを生成する工程を含み得る。プロセッサは、低電力スタンバイモードと、アクティブモードのどちらかを動作可能であり得、方法は、トリガパルスを検出する際に、低電力スタンバイモードから、アクティブモードへとプロセッサを切り替える工程を含む。方法は更に、反転された出力信号の一次導関数と比例する増幅した出力を生成する工程、及び増幅した出力信号に基いてトリガパルスを生成する工程を含み得る。

【0017】

本発明の第３の特定の表現において、
物体により生じる電磁放射を受け、物体との第１容量性結合を形成するためのレシーバと、
第１容量性結合と容量分圧器を形成するために、レシーバと接地との間の第２容量性結合であって、容量分圧器は、電磁放射の電荷電圧の関数として、第２容量性結合にわたって出力電圧信号を生成するように構成され、出力電圧信号は、ＥＳＤ事象の規模を決定するために使用される、第２容量性結合と、
第２容量性結合の放電を可能にするために、第２容量性結合と電気的に並列に構成された第１放電経路と、
第１放電経路と第２放電経路のどちらかを選択的に切り替えるための転流装置であって、これは第２容量性結合が、第１放電経路を介するよりも速く放電させることを可能にする、転流装置とを含む、ＥＳＤ事象検出器、が提示される。

【0018】

本発明の第４の特定の表現において、ＥＳＤ事象を検出する方法が提示され、方法は、
（ｉ）レシーバにより物体から電磁放射を受ける工程であって、レシーバは物体との第１容量性結合を形成する、工程と、
（ｉｉ）電磁放射の電荷電圧の関数として第２容量性結合にわたって出力電圧信号を得る工程であって、第２容量性結合は、第１容量性結合と容量分圧器を形成する工程と、
（ｉｉｉ）出力電圧信号に基いて、ＥＳＤ事象の規模を判定する工程と、
（ｉｖ）第２容量性結合と電気的に並行に構成された第１放電経路を通じて第２容量性結合を放電させる工程と、
（ｖ）規模を決定する際に、第１放電経路から第２放電経路へと切り替えて、第２容量性結合が、一次放電経路を介するよりも、速く放電させることを可能にする工程と、を含む。

【0019】

本発明の第５の特定の表現において、
ＥＳＤ事象の前にプローブを放電させる工程と、
ＥＳＤに事象の規模の指標として、ＥＳＤ事象の後のプローブのピークＤＣ電圧を測定する工程とを含む、ＥＳＤ事象を検出する方法がもたらされる。

【0020】

方法は更に、プローブの電圧をローパスフィルタリングする工程を更に含み得る。放電させる工程は、プローブと接地との間に接続された抵抗器をもたらす工程を含み得る。抵抗器は、例えば、連続するＥＳＤ事象の間にプローブを数μ秒で実質的に放電させる一方で、依然として、測定が完了するために十分な長さだけプローブが充電されるようにするような値である。放電させる工程は、ピークＤＣ電圧が測定された後に、プローブを接地へと直接切り替える工程を含み得る。

【0021】

１つ以上の実施形態は、以下の点で有利である。
−測定されるプローブの静電気（又は電圧）の変化は、ＥＳＤ事象の前後における物体の電位の差と正比例し得る。
−例えば、ＥＭＩは、平均的なプローブの静電気（又は電圧）を実質的に変化させない場合があるため、ＥＳＤ事象は、非ＥＳＤ特性の他のノイズスパイクとは区別され得る。
−速い信号サンプリング、及びＥＳＤを特定するための複雑な信号処理は回避され得る。
−結果は、物体のモデル（ＣＤＭ、ＨＢＭ、又はＭＭ）、又は放電スパイクパルス幅、及び立上り時間に依存しないことがある。
−ＲＦ波長反射、干渉により生じる測定誤差が排除され得る。
−高周波前端における大きな電力消費成分が回避され得る。
−装置は、ディープスリープモードにされ、丁度ＥＳＤ事象が生じるときに起動されてもよい。
−装置は、連続的なモニタリングのために、携帯用電池超低電力システムに収容されてもよく、及び／又は
−装置はより小型であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0022】

ここで本発明の実施形態を以下の添付図面を参照して説明する。

【図1】本発明の実施形態による、等価回路図モデル概念である。

【図2】図１の等価回路の、理想化されたプローブ電圧のグラフである。

【図3A】様々なＥＳＤ電圧値の、実際のプローブ電圧のグラフである。

【図3B】非ＥＳＤ事象の、実際のプローブ電圧のグラフである。

【図4A】ＥＳＤ事象の、実際のプローブ電圧、及びローパスフィルター出力のグラフである。

【図4B】非ＥＳＤ事象の、実際のプローブ電圧、及びローパスフィルター出力のグラフである。

【図5A】マイクロコントローラから切り替える放電経路を有さない、負のＥＳＤ事象の、実際のローパスフィルター、微分増幅器及びピーク検出器のグラフである。

【図5B】マイクロコントローラから切り替える放電経路を有する、負のＥＳＤ事象の、実際のローパスフィルター、微分増幅器及びピーク検出器のグラフである。

【図6】様々な放電電圧の値における、負のＥＳＤ事象の、実際のローパスフィルター、及びピーク検出器出力のグラフである。

【図7A】単一のＥＳＤ事象における、実際のプローブ電圧、ローパスフィルター、及びピーク検出器出力のグラフである。

【図7B】多数のＥＳＤ事象における、実際のプローブ電圧、ローパスフィルター、及びピーク検出器出力のグラフである。

【図8】代表的な実施形態による、ＥＳＤ測定及びモニタリング装置のブロック図である。

【図9】図８におけるＥＳＤ測定及びモニタリング装置の回路図である。

【図10】図８におけるＥＳＤ測定及びモニタリング装置の、マイクロコントローラアルゴリズムのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

代表的な実施形態による、ＥＳＤ検出器が図８に示される。この検出器は、米国特許第７，５２５，３１６号の検出器に比べ、電力消費がより低く、事象の検出がより速く、かつより正確であり得る。検出器は、プローブ３４、プローブ３４と接地６０との間に接続された抵抗器３７、プローブ３４と接地６０の間に接続された常時開スイッチ３５（又は一般的に転流装置）、プローブ３４電圧をフィルタリングするローパスフィルター（ＬＰＦ）４１、及びローパスフィルター４１のピーク出力電圧を保持するピーク電圧検出器４３、４６を含む。

【0024】

上記のように、ＥＳＤ事象が生じるとき、一定電圧の静電気を有する、検出器付近の物体は、接地へと素速く放電させる。結果として、代表的な実施形態におけるプローブは最初、物体の元の電圧と正比例するレベルへと容量的に充電される。よって結果として、プローブ３４のピークチャージは、ＥＳＤ事象の振幅の測定値をもたらすために測定され得る。ＥＭＩ、及び他の非ＥＳＤ事象は、プローブ３４を有意に充電せず、この測定値は、比較的正確にＥＳＤ事象の増幅を表し得る。

【0025】

抵抗器３７は、定常状態でプローブ３４を放電させるためにもたらされる。これは、ＥＳＤ事象の前に、プローブ３４が０Ｖであり、事前に充電（これは不正確な結果につながる）されていない。同様に、抵抗器３７は、プローブを速く放電させすぎるべきではなく、さもなければＥＳＤ事象の振幅を測定するのは不可能である。加えて、抵抗器３７の値は、２つのＥＳＤ事象の間（少なくとも数μ秒の長さ）に、完全な放電をもたらすために十分に小さな値であるように構成される。

【0026】

ローパスフィルター４１は、ＥＳＤ事象からプローブ３４によって保存される電荷の測定を可能にするために、プローブ電圧から高周波数ノイズを除去するために設けられる。

【0027】

ローパスフィルター４１のピーク出力を得るために、ピーク電圧検出器４３、４６の対が設けられる。ＥＳＤが、最大量の電化をプローブ３４に転送した直後、ローパスフィルター４１は、この値を電圧し、これがその後、ピーク電圧検出器４３、４６によって検出及び保持される。

【0028】

ピークローパスフィルター４１の電圧が測定された後に、プローブ３４を迅速に放電させるために、スイッチ３５が設けられる。プローブ３４が、一度放電されると、次のＥＳＤ事象を登録することができる。これは、多数の連続的なＥＳＤ事象の迅速な検出を可能にする。

【0029】

検出の動作を説明するため、単純化した等価回路図が図１に示される。プローブ３が物体１の付近に配置されると、物体１とプローブとの間に仮想的コンデンサ（Ｃ１）２が形成される。プローブ３と接地８との間の、一般的な等価コンデンサを表す、更なる仮想的コンデンサ（Ｃ２）４がその間に形成される。

【0030】

Ｃ２（４）は、プローブ（アンテナ）３と検出器ＰＣＢのどちらかを接続される、遮蔽ＲＦケーブルの容量と主に関連する。あるいは、容量は、ＰＣＢ、又は追加されたコンデンサから形成されてもよい。十分に大きな規模のＥＳＤ放電が生じる場合において、信号値を特定的に低減させるために、追加的な容量が含まれることが理解される。

【0031】

Ｃ１（２）及びＣ２（４）は、物体１電荷電圧Ｖと、プローブ電圧との間の、容量分圧器を表す。仮想スイッチ５（ＳＷ１）はＥＳＤをシミュレーションし、ＳＷ１（５）が閉じているとき、これは物体１が接地８と接触して静電気放電が生じるときをシミュレーションする。Ｃ２（４）の定常状態の放電のために抵抗器７が設けられる。スイッチ６（ＳＷ２）は、ＥＳＤ測定が行われた後に迅速にＣ２（４）を放電させる。

【0032】

物体の電位がＶのとき、Ｃ１電荷電圧は、
Ｖ１＝Ｖ^＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）であり、
Ｃ２電荷電圧は、
Ｖ２＝Ｖ^＊Ｃ１／（Ｃ２＋Ｃ１）である。

【0033】

Ｃ１＜＜Ｃ２であり、結果として、Ｖ１≒ＶかつＶ２＜＜Ｖ１であると想定される。これは、ケーブルの絶縁、及び近い電極間隔により、Ｃ２（４）が比較的高いためである。Ｃ１（２）は、物体とプローブとの間の大きな間隔、及び誘電体としての空気の低い誘電率のために小さい。

【0034】

抵抗値Ｒは、数μ秒でＣ２の完全な放電をもたらすために十分に小さいべきであるが、数十ｎ秒にわたり生じるＥＳＤの間にいずれの有意な放電ももたらさないべきである。これは、Ｖ１に影響せず、その値はＶに従う。

【0035】

この装置は手で持ったときでも、電気的に接地していることがある。

【0036】

図２は、ＥＳＤ事象の前後のＶ２を例示する。初期条件９では、物体の電圧がＶであり、Ｃ２（４）は完全に放電されており、Ｃ１（２）は物体電圧近くまで充電される。時間ｔ１ではＳＷ１（５）が閉じ、物体１は数ｎ秒で放電し、物体電圧Ｖは、急激にゼロまで降下する。Ｃ１（２）は依然としてＶであるが、その極性が逆転し、その結果、Ｃ１（２）及びＣ２（４）は、並列で接続される。Ｃ２（２）電圧は、電荷再分布段階１０の間、時間ｔ２に、その最大値Ｖｍａｘ＝−Ｖ^＊Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）まで増加し、到達する。Ｖｍａｘの符号は、初期物体電位Ｖと逆である。負に帯電した物体及びＥＳＤが、正のＶ２を生じる。

【0037】

ｔ２の後、抵抗器７が、放電段階１１のわたり、指数関数的にＣ２（４）を放電させる。ｔ２〜ｔ３の間、ＥＳＤ電圧Ｖを推定するためにＶｍａｘが測定される。ｔ３に、ＳＷ２（６）は、図８の検出器のマイクロコントローラ５６によって閉じられる。これは、リセット段階１２の間、Ｃ４（４）を迅速に放電させる。検出器は、ｔ４の後に、次のＥＳＤを検出及び測定するために準備完了する。

【0038】

ｔ１〜ｔ２の時間（Δｔ１）は、τ＝Ｃ２^＊Ｒ（Ｃ２（４）放電時定数）よりも遥かに小さい。このように抵抗器７は、Δｔ１の間、Ｃ２（４）を有意に放電しない。

【0039】

したがって、ＥＳＤ測定値は、ＥＳＤ事象が生じるときの、プローブ電圧変化に基づく。抵抗器７（すなわち、図８の抵抗器３７と等価）は、遅い、及び速いプローブ電圧変動を分離し得る。スイッチ６（すなわち、図８のスイッチ３５と等価）は、非常に短い時間間隔における、多数のＥＳＤ事象の検出及び測定を可能にする。

【0040】

２００〜１２００Ｖまで、異なる初期物体電位を有する、実際のプローブ電圧１３が、ＥＳＤ事象と共に、図３Ａに示されている。非ＥＳＤ事象により生じる信号１５は、図３Ｂに示される。ＥＳＤ事象の場合、各信号１３は、ＤＣ電圧成分１４を有し、ＥＭＩ信号１５にはＤＣ電圧成分が存在しない。ＤＣ電圧１４は、初期物体電荷電圧Ｖと正比例し、信号におけるその存在が、ＥＳＤ及び非ＥＳＤを区別するために使用されてもよい。

【0041】

ＤＣ電圧１４が測定され、そのＲＦの影響がフィルタリングされてもよい。これは、出力プローブ電圧を、ローパスフィルター４１に通すことによって達成され得る。ＥＳＤ及びＥＭＩの両方についてフィルタリングを行った前後の電圧が、図４Ａ及び図４Ｂにそれぞれ示されている。図４Ａは、ＥＳＤ事象が生じた際に得られたＲＦ信号を表し、時間事象が比較的短いために、オシロスコープにおいて５００ｎ秒の時間スケールが使用された。更に、この場合、１０μ秒時間定数を有するローパスフィルターであった。測定値は、図９で実施される回路に基いてとられた。プローブ電圧は、図４Ａ及び４Ｂにおいて、ユニットゲイン増幅器未加工入力として注釈される。図４Ｂに示されるように、入力ＥＭＩ１９の場合の、ローパスフィルター出力電圧１８は、ゼロに等しい。ＥＳＤに関してＲＦ成分１７を拒否した後、ローパスフィルター電圧は、一定の最大値へと増加し、その後緩やかに減少し始める。出力信号の立上り時間は、ローパスフィルター時間定数により決定される。好ましくは、１０μ秒の時間定数は、いずれかのＥＳＤ ＲＦ放射により生じる、高い周波数信号スペクトル成分を拒否するために十分であり得る。

【0042】

図８に記載される検出器がここで、より詳細に記載される。プローブ（アンテナ）３４は、関連する入力コンデンサ３６を有する。スイッチ３５は、マイクロコントローラ５６からの論理信号５９によって制御される。プローブ３４からの電圧３８は、ユニットゲイン増幅器３９によって、ローパスフィルター４１と接続されて、高出力アンテナインピーダンスを、ローパスフィルター４１の低入力インピーダンスへと適合させる。電圧３８はしたがって、電圧４０として出力され、これはその後、ローパスフィルター４１に供給される。ローパスフィルター４１は、インバータ４４を通じ、接続４２を介して第１ピーク電圧検出器４３へと間接的に接続され、これは正の極性のＥＳＤ事象に割り当てられ、接続４５を介して第２ピーク電圧検出器４６に直接接続され、これは、負の極性のＥＳＤ事象に割り当てられる。インバータ４４は、微分増幅器５０に接続される。微分増幅器５０の出力５１は、ＥＳＤ極性によって負及び正であり、それぞれ、反転増幅器５２、及び非反転増幅器５３へと供給される。増幅器５２、５３は両方とも、ユニットゲインを有し、これらの出力５４及び５５はそれぞれ、マイクロコントローラ５６の異なるインタラプト入力に接続されて、正及び負のＥＳＤを識別する。マイクロコントローラ５６はまた、ピーク電圧検出器４３，４６両方のためのリセット信号４８、並びにスイッチ３５のための制御信号５９をもたらす。加えて、ピーク電圧検出器４３、４６の双方はそれぞれ、正又は負のＥＳＤ事象の振幅をそれぞれ表す、出力信号４９、４７をマイクロコントローラ５６にもたらす。ＳＰＩインターフェース５７を使用して、マイクロコントローラ５６は、連続的なＥＳＤモニタリングのための、無線データ伝送ユニット５８を管理する。

【0043】

図５Ａは、微分増幅器出力２１、及びローパスフィルターからの出力２０を示す。点線は、微分増幅器が、無限値電圧源から電力供給される場合の、理論的応答を表す。実際の−５Ｖの負の供給電圧出力において、微分増幅器２１の出力は、負（反対の符号のＥＳＤに関しては正）の電力供給レベルに限定される。この信号は、これが０から−５Ｖに変化したときに、マイクロコントローラ５６を中断するために使用される。ピークホールド検出器出力２２がまた示される。

【0044】

物体の負の電荷Ｖにおいて、マイクロコントローラ５６によるＥＳＤの検出及び測定のシーケンスが、図５Ｂに示される。ＥＳＤ事象が、ローパスフィルター出力電圧２３を増加させると、微分増幅出力２１は、マイクロコントローラ５６へのインタラプト信号２４を生成する。マイクロコントローラ５６は、ピーク値検出器２５をリセットし、ローパスフィルター出力電圧がその最大値に到達するのを確実にするために一定の時間間隔ｔ１だけ待機し、コンデンサ３６の放電のためにスイッチ３５を閉じる。この遅延は、例えば、ＬＰＦ時間定数の２倍であり得る。時間間隔ｔ３に、ピーク検出器出力電圧の測定値がマイクロコントローラ５６によってもたらされ、その後マイクロコントローラ５６がピーク値検出器２５を再び設定する。

【0045】

図６において、４００Ｖ〜１１００Ｖの放電電圧値に関し、ローパスフィルター２６、及びピーク検出器２７の出力電圧が示される。

【0046】

単一のＥＳＤ事象測定の処理速度が図７Ａに示される。入力プローブ電圧２８において、ローパスフィルター２９、及びピーク値検出出力３０の出力は、ＥＳＤ事象の検出及び測定に２０μ秒より少し長くかかることを示している。この時間は、より速いマイクロコントローラを使用することにより更に短縮され得る。

【0047】

図７Ｂは、複数のＥＳＤ事象の検出及び測定を示す。プローブ３１、ローパスフィルター３２、及びピーク値検出器出力３３電圧は、この例における実験が行われた際に検出された、ＥＳＤ事象の間の最も短い時間は７０μ秒であったことを示した。

【0048】

図８の装置の特定の回路実現例が図９に示される。上記のように、ＥＳＤ事象が、プローブ６１、コンデンサ６２、抵抗器６４、及び常時開スイッチ６３上で電圧パルスを生じる。ユニットゲイン増幅器６５は、プローブ６１出力インピーダンスを、抵抗器６９、コンデンサ７０、及び演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）７１で実現される、一次アナログローパスフィルターの入力に適合させる。ＯＰＡＭＰ ７１は、抵抗器７２、７３、及び演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）７４で実現されるユニットゲイン反転増幅器に接続される。これはひいては、コンデンサ７５、抵抗器７６、及び演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）７７で実現される微分増幅器の入力と接続される。

【0049】

ＯＰＡＭＰ ７７の出力が、図５Ａにおいて電圧２１、及び図５Ｂにおいて電圧２４として示される。コンデンサ７５及び抵抗器７６の値は、微分ゲインを決定し、これは、ＥＳＤ事象が生じる際に、ＯＰＡＭＰ ７７を飽和させ、間欠を生じてマイクロコントローラ６６を起動するように選択される。マイクロコントローラ６６は、有線のシリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）接続６７を通じて、連続的なＥＳＤモニタリングのために、無線データ伝送ユニット６８（これは、図８のワイヤレスデータ伝送ユニット５８と同様）に接続される。微分増幅器出力２１の値は、コンデンサ７５及び抵抗器７６、並びにインタラプト信号２４に基いて選択される（これらはそれぞれ、図５Ａ及び５Ｂで観察可能である）ことが更に認識可能である。一度プローブの電荷が一度消散すると、微分増幅器は不飽和となり、次にコンデンサ７５が、電源レールから充電を開始し、完全に充電されると、出力電圧の飽和を生じる。スイッチ６３が閉じると、微分増幅器は、反対の電源レールで再び飽和する。

【0050】

ＯＰＡＭＰ ７７は、抵抗器９６、９７、及び演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）９８を含む、第２ユニットゲイン反転増幅器の入力と接続される。ＯＰＡＭＰ ９８は、抵抗器９９及びダイオード１００のダイオードリミッタを通じて、マイクロコントローラインタラプト入力１０４と接続される。ダイオードリミッタ１００の目的は、マイクロコントローラインタラプト入力からの負の電圧成分（これは、反転後に、微分増幅器出力の正の成分と関連する）を遮断することであるしたがって、負のＥＳＤ事象が、マイクロコントローラ６６のインタラプト入力１０４に正の電圧パルスを生じる。

【0051】

ＥＳＤ事象が正であるとき、これは微分増幅器出力に正のパルスを生じ、これは非反転第２ユニットゲイン演算増幅器１０１、及び第２ダイオードリミッタ（抵抗器１０２、及びダイオード１０３）を通じて、マイクロコントローラインタラプト入力１０５に到達する。ダイオードリミッタ１０３の目的は、マイクロコントローラインタラプト入力からの負の電圧成分（これは、微分増幅器出力の負の成分と関連する）を遮断することである。したがって、正のＥＳＤ事象が、マイクロコントローラ６６のインタラプト入力１０５に正の電圧パルスを生じる。インタラプト１０４及び１０５はしたがって、負及び正のＥＳＤ事象をそれぞれ登録して、マイクロコントローラ６６を起動し、ピーク電圧検出器をリセットするときを示す。

【0052】

また、正のＥＳＤ、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）８２、８４の入力が、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）７４の出力と接続され、負のＥＳＤに関し、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）９１、９５の入力は、ＯＰＡＭＰ ７１の出力に接続されることが図９より明らかである。

【0053】

ピーク検出器は、ＥＳＤ事象の振幅を測定するためにもたらされる。正のＥＳＤ事象の場合において、正のパルスが、演算増幅器７４、電圧リミッタ（抵抗器７８及びダイオード７９）から、第１ピーク値検出器の入力へと進む。この検出器は、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）８２、及び８４、ダイオード８３、抵抗器８０、８５、８６、並びにコンデンサ８１を含む。ＯＰＡＭＰ ８４は、マイクロコントローラ６６のＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）入力１０６に接続される。

【0054】

同様に、負のＥＳＤの場合において、ローパスフィルターの出力からの正のパルスは、ダイオードリミッタ（抵抗器８７及びダイオード８８を含む）を通じて、第２ピーク値検出器（演算増幅器９１、９５、ダイオード９２、抵抗器９０、９３、９４、及びコンデンサ８９を含む）に達する。第２ピーク値検出器の出力が、マイクロコントローラ６６のＡＤＣ入力１０７と接続される。

【0055】

マイクロコントローラ６６は、Ａ／Ｄ変換が行われ、測定が完了した後（マイクロコントローラ６６のＡ／Ｄ状態レジスタに保存される、セットアップ−変換−準備完了（setup-conversion-ready）ビットの状態から判定可能である）に、そのデジタル出力１０８から両方のピーク値検出器をリセットする。

【0056】

マイクロコントローラファームウェアアルゴリズムが、図１０に示される。装置がオンにされ、マイクロコントローラ６６が１０８において起動する。電子回路、マイクロコントローラ内部装置、及びピンの全ての初期セットアップが１０９で行われるとき、マイクロコントローラ６６は、１１０において超低電力スリープモードに入る。このスリープモード中、アナログ回路に電力が供給されるが、高周波数成分が存在せず、汎用ＣＭＯＳ演算増幅器が使用されるため、典型的には電力消費は、数μＡである（a of couple μA）。例えば、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓモデルＭＳＰ４３０は、１μＡ未満を消費する、低電力モード４を有する。通常、スリープモードに入っていないとき、電流が有意に高くなる唯一の機会は、無線ＲＦモジュールが、データ伝送のためにエネルギー印加されるときである。その値は２００μＡである。

【0057】

ＥＳＤ事象が生じると、１１１においてマイクロコントローラ６６が起動し、１１２において、ＥＳＤ事象が正であるか、負であるかをチェックする。ＥＳＤ事象が負であるとき（１１３）、インタラプト１０７から結果が読まれ、これが正であるとき（１１４）、結果がインタラプト１０６から読まれる。最初に、マイクロコントローラ６６は、１１５（１１８）において、全てのインタラプトを無効化して、両方のピーク値検出器をリセットして、その出力におけるあらゆる可能な残留電圧を排除する。アルゴリズムはその後、ローパスフィルター出力電圧がその最大値に到達したことを確かにするために、遅延を待機する。遅延時間は、ローパスフィルター時間定数の２倍であり得る。適切なピーク値検出出力のアナログ−デジタル変換が１１６（１１９）で生じ、その後、コンデンサ６２を放電させるために、スイッチ６３を起動する。プローブが完全に放電したことを確実にするために、遅延がもたらされる。その後１１７（１２０）において、ピーク値検出器出力がリセットされ、全てのインタラプトフラッグがクリアされ、測定されたデータがマイクロコントローラＲＡＭ伝送バッファに保存される。

【0058】

この装置は、２つの場合において、ＲＦチャネルを使用して、測定されたデータを伝送する：多数のＥＳＤ事象により送信バッファが一杯である場合、又はしばらくして、期限切れとなり、新しいＥＳＤ事象が存在しないが、バッファ１２１に依然として何かが残っている場合。１２２において、送信が必要とされないとき、マイクロコントローラ６６が、低電力スリープモードに直接戻され得る。そうでない場合、ＲＦモジュールが全てのデータを送信し、送信バッファをクリアし（１２４）、１２５でスリープモードに戻る。

【0059】

記載される実施形態は、限定的なものとして構成されるべきではない。例えば、図８及び図９において、様々な動作を制御するために、マイクロコントローラ５６／６６が使用されるが、一般的に、マイクロコントローラ５５／５６、埋め込まれたコントローラ、及びマイクロプロセッサ、又はいずれかの好適な形態のプロセッサを含み得る、プロセッサが使用され得る。

【0060】

項目１は、物体による静電気放電事象を検出するための装置であって、装置は、
物体と第１容量性結合を、接地と第２容量性結合を形成するレシーバと、
第２容量性結合を接地に放電させるための第１放電経路であって、物体による静電気放電事象は、第１時間間隔Δｔ_１に、第２容量性結合を一定量だけ充電させ、この時間間隔は、第１放電経路を通じて同じ量だけ第２容量性結合を放電させるのにかかる第２時間間隔Δｔ_２よりも実質的に短い、第１放電経路とを含む、装置。

【0061】

項目２は、Δｔ_１は、Δｔ_２の１／１０未満である、項目１に記載の装置。

【0062】

項目３は、Δｔ_１は、Δｔ_２の１／１００未満である、項目１に記載の装置。

【0063】

項目４は、接地への第２容量性結合を放電させるための第２放電経路を更に含み、装置は第１放電経路と、第２放電経路のどちらかを選択することができる、項目１に記載の装置。

【0064】

項目５は、第２経路を通じた放電時間は、第１経路を通じた放電時間よりも実質的に短い、項目４に記載の装置。

【0065】

項目６は、第１放電経路と第２放電経路を切り替えるための、転流装置を更に含む、項目４に記載の装置。

【0066】

項目７は、転流装置の切り替えを制御するためのプロセッサを更に含む、項目６に記載の装置。

【0067】

項目８は、フィルタリングした電圧信号を生成するために、出力電圧信号の無線周波数信号を遮断するためのローパスフィルターを更に含む、項目７に記載の装置。

【0068】

項目９は、レシーバの出力インピーダンスを、ローパスフィルターの入力インピーダンスに適合させるように構成された増幅器を更に含む、項目８に記載の装置。

【0069】

項目１０は、フィルタリングした電圧信号のピーク電圧を出力するためのピーク検出回路を更に含み、ピーク電圧に基いてＥＳＤ事象の規模が判定される、項目９に記載の装置。

【0070】

項目１１は、プロセッサが、ピーク検出回路からピーク電圧を得た後に、第１放電経路から第２放電経路へと切り替えるように構成されている、項目１０に記載の装置。

【0071】

項目１２は、前記プロセッサが、ピーク電圧を得た後に、ピーク検出回路をリセットするように構成されている、項目１１に記載の装置。

【0072】

項目１３は、ピーク検出回路が、正のピーク検出器及び負のピーク検出器を含む、項目１０に記載の装置。

【0073】

項目１４は、フィルタリングされた電圧信号の反転した出力信号を生成するためのインバータを更に含み、反転した出力信号が、負のピーク検出器により受信される、項目１３に記載の装置。

【0074】

項目１５は、反転された出力信号に基いてトリガパルスを生成するように構成された、パルス生成回路を更に含む、項目１４に記載の装置。

【0075】

項目１６は、プロセッサは、低電力スタンバイモードと、アクティブモードのどちらかを動作可能であり、プロセッサは、トリガパルスを検出する際に、低電力スタンバイモードから、アクティブモードへと切り替えるように構成されている、項目１５に記載の装置。

【0076】

項目１７は、前記パルス発生回路は、反転出力信号の第１導関数と比例する、増幅した出力信号を生成するための、反転微分増幅器を含み、トリガパルスは増幅出力信号に基いて生成される、項目１５に記載の装置。

【0077】

項目１８は、主要放電経路は、抵抗器を含み、出力電圧信号は、抵抗器を通じて放電させるように構成される、項目１に記載の装置。

【0078】

項目１９は、物体による静電気放電事象を検出するための方法であって、方法は、
レシーバと物体との間に第１容量性結合を形成する工程であって、レシーバはまた、接地との第２容量性結合を形成する、工程と、
物体による静電気放電事象により第１時間間隔Δｔ_１に一定量だけ、第２容量性結合を充電させる工程と、
接地への第１放電経路を介して第２時間間隔Δｔ_２に、同じ量だけ第２容量性結合を放電させる工程であって、第１時間間隔Δｔ_１は、時間間隔Δｔ_２よりも実質的に短い、工程とを含む、方法。

【0079】

項目２０は、第２容量性結合を接地へと放電させるために、第１放電経路と、第２放電経路を切り替える工程を更に含む、項目１９に記載の方法。

【0080】

項目２１は、第２放電経路を通じた放電時間は、第１放電経路を通じた放電時間よりも実質的に短い、項目２０に記載の方法。

【0081】

項目２２は、プロセッサにより第１放電経路から第２放電経路への切り替えを制御する工程を更に含む、項目２０に記載の方法。

【0082】

項目２３は、フィルタリングした電圧信号を生成するために、出力電圧信号の無線周波数信号を遮断するために出力電圧信号をフィルタリングする工程を更に含む、項目２２に記載の装置。

【0083】

項目２４は、ピーク検出回路により、フィルタリングした電圧信号のピークを検出する工程と、フィルタリングした電圧信号のピーク電圧を出力する工程と、ピーク電圧に基いてＥＳＤ事象の規模を決定する工程とを更に含む、項目２３に記載の方法。

【0084】

項目２５は、ＥＳＤ事象の規模を決定した後に、ピーク検出回路をリセットする工程を更に含む、項目２４に記載の方法。

【0085】

項目２６は、フィルタリングした電圧信号のピークを検出する工程が、フィルタリングした電圧信号の正のピーク又は負のピークを検出する工程を含む、項目２４に記載の方法。

【0086】

項目２７は、フィルタリングした信号を反転して、反転した出力信号を生成する工程を更に含み、フィルタリングした電圧信号のピークを検出する工程は、反転した出力信号の負のピークを検出する工程を含む、項目２４に記載の方法。

【0087】

項目２８は、反転した出力信号に基いてトリガパルスを生成する工程を更に含む、項目２７による方法。

【0088】

項目２９は、プロセッサは、低電力スタンバイモードとアクティブモードのどちらかを動作可能であり、方法は、トリガパルスを検出する際に、低電力スタンバイモードからアクティブモードへと切り替える工程を含む、項目２８に記載の方法。

【0089】

項目３０は、反転された出力信号の一次導関数と比例する増幅した出力を生成する工程、及び増幅した出力信号に基いてトリガパルスを生成する工程を更に含む、項目２９に記載の方法。

【0090】

項目３１は、
物体により生じる電磁放射を受け、物体との第１容量性結合を形成するためのレシーバと、
第１容量性結合と容量分圧器を形成するために、レシーバと接地との間の第２容量性結合であって、容量分圧器は、電磁放射の電荷電圧の関数として、第２容量性結合にわたって出力電圧信号を生成するように構成され、出力電圧信号は、ＥＳＤ事象の規模を決定するために使用される、第２容量性結合と、
第２容量性結合の放電を可能にするために、第２容量性結合と電気的に並列に構成された第１放電経路と、
第１放電経路と第２放電とを選択的に切り替えるための転流装置であって、これは第２容量性結合が、一次放電経路を介するよりも速く放電させることを可能にする、転流装置とを含む、ＥＳＤ事象検出器。

【0091】

項目３２は、ＥＳＤ事象を検出する方法であって、方法は、
（ｉ）レシーバにより物体から電磁放射を受ける工程であって、レシーバは物体との第１容量性結合を形成する、工程と、
（ｉｉ）電磁放射の電荷電圧の関数として第２容量性結合にわたって出力電圧信号を得る工程であって、第２容量性結合は、第１容量性結合と容量分圧器を形成する工程と、
（ｉｉｉ）出力電圧信号に基いて、ＥＳＤ事象の規模を判定する工程と、
（ｉｖ）第２容量性結合と電気的に並行に構成された第１放電経路を通じて第２容量性結合を放電させる工程と
及び
（ｖ）規模を決定する際に、第１放電経路から第２放電経路へと切り替えて、第２容量性結合が、一次放電経路を介するよりも、速く放電させることを可能にする工程と、を含む、方法。

【0092】

ここまで本発明を完全に記載したが、請求の範囲から逸脱することなく、これに多くの修正を加え得ることが、当業者には明らかであるはずである。

【図1】

【図8】

【図9】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図10】