IEC 61967-4标准中的1Ω/150Ω直接耦合法

2021/11/30

大家好！　我是ROHM的稻垣。

在第17篇中，我想介绍一下电磁兼容性（EMC）的计算方法和仿真中最基本的传导发射（CE： Conducted Emission）的试行计算方法。它与半导体集成电路（LSI）的电磁兼容性（EMC）特性息息相关，即“IEC 61967-4标准1Ω/150Ω直接耦合法”。

作为电磁兼容性（EMC）的国际标准，主要适用IEC标准、CISPR标准和ISO标准。
IEC是指国际电工委员会（IEC：International Electrotechnical Commission），上述的“1Ω/150Ω直接耦合法”也被称为“VDE法”。
该方法是通过在半导体集成电路的接地端口连接相当于1Ω电阻的网络，在电源端口及信号端口等端口连接相当于150Ω电阻的网络，并且测量其频谱。但是，请注意，在电源电流较大的半导体集成电路（LSI）中，接地引脚处的1Ω电阻两端产生的电压会变大，如果影响到基本运行，则不适合这种方法。有电磁干扰（发射）相关的限值，如果不在相应值范围内，就不符合标准。本来IEC等标准中就规定了相应的测试方法，因此作为参考示例提供了限值。但是在一般的运用中，限值会被视为标准值。
现在让我们继续EMC计算方法和EMC仿真的话题。如前所述，IEC 61967-4标准中规定了从电磁兼容性（EMC）角度是对于半导体集成电路（LSI）的电源电流和信号电流进行测量的简单方法，计算步骤如下：

• ① 对半导体集成电路（LSI）的电源电流进行瞬态分析 （Transient Analysis），创建稳定的1个周期的PWL（Piecewise Linear）波形。这就是之前的第16篇中提到的IA模型（Internal Activity Model）和电磁干扰（EMI）模型。
• ② 设置这个电流的PWL波形的重复值，连接规定的网络（150Ω测试法为120Ω+6.8nF+51Ω等），进行瞬态分析，然后进行快速傅里叶变换（FFT）。
• ③ 进行单位换算（dBµV）后，与标准中的限值一并体现在图表中，据此判断是否符合标准。

经过这种程度的计算处理后，我认为就可以将其创建为可在电路分析工具中使用的脚本或宏，并完成自动计算了。
另外，在进行测试时，由于会连接频谱分析仪，因此需要再连接其输入阻抗50Ω后进行计算（请注意，这里容易出错！）。
如果符合标准，就“可喜可贺”，但如果不符合标准，就需要采取一些措施了，比如：改善①、即选择运行模式或重新设计硅片，更改②中取决于产品的去耦电容（CD）的种类或更改相关的值。
这次介绍的计算方法是可以通过电路分析工具尝试的方法，不需要实测值，使用简单的宏或脚本即可自动执行计算，符合IEC 62433标准，未使用数据同化，未使用降噪技术。下图是测试和计算用的参考图。

IEC 61967-4标准1Ω直接耦合法的测试电路/计算电路示例
(L_BAN1=5uH，C_D1:取决于产品)
(出处：Generic_IC_EMC_Test_Specification_2.1_180713_ZVEI.pdf)

IEC 61967-4标准150Ω直接耦合法的测试电路/计算电路示例
(R1=120Ω, C1=6.8nF, R2=51Ω, L_BAN1=5uH, C_D1:取决于产品， R_BAN1:open, C_BAN1:open)
(出处：Generic_IC_EMC_Test_Specification_2.1_180713_ZVEI.pdf)

感谢您阅读本文。

＜书籍参考页码＞
《LSI的EMC设计》，科学信息出版株式会社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。

• IEC 61967-4标准简介：第2章　半导体集成电路的工作和电磁兼容性特性　p.41～
• 传导发射（CE）仿真简介：第6章　通过现象验证半导体集成电路的电磁兼容性（2）　p.150～