第17篇 EMC计算方法和EMC仿真(2) 传导发射(CE)的试行计算方法

IEC 61967-4标准中的1Ω/150Ω直接耦合法

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
(LBAN1=5uH,CD1: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, LBAN1=5uH, CD1:取决于产品, RBAN1:open, CBAN1: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~

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