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EMC/EMI/ESD设计

正文

集成电路电磁干扰EMC测试方法

导读: 近年来越来越多的电路设计人员和应用人员开展集成电路的EMC设计和测试方法的研究,EMC性已成为衡量集成电路性能的又一重要技术指标。随着集成电路集成度的提高,越来越多的元件集成到芯片上.

  一、前言:

 

  集成电路产业是我国高新技术产业的一个重要部分,它带动了其它产业的蓬勃发展,集成电路已成为各个行业中电子、机电设备智能化的核心,起着十分重要的作用。

  近年来越来越多的电路设计人员和应用人员开展集成电路的EMC设计和测试方法的研究,EMC性已成为衡量集成电路性能的又一重要技术指标。随着集成电路集成度的提高,越来越多的元件集成到芯片上,电路的功能和密度增加了,传输脉冲电流的速度提高了,工作电压降低了,集成电路本身的电磁骚扰与抗干扰问题已成为集成电路的设计、制造业关注的课题。集成电路EMC的研究不仅涉及集成电路自身的电磁骚扰与抗扰度测试和设计方法研究,而且有必要与集成电路的应用相结合,将强制性标准对设备和系统的EMC要求,结合到集成电路的设计中,使电路更易于设计出符合标准的最终产品。电磁骚扰小的集成电路更有利于产品的EMC设计,可以减少系统设计的负担,节约滤波、屏蔽等措施的费用,因此开展集成电路的EMC设计和检测研究能为电路的应用提供设计指南,节约最终产品的成本。

  集成电路的广泛应用,反过来对其又提出了更高的要求,人们需要性能更好、可靠性高、成本更低的集成电路。从20世纪60年代以来正如摩尔定律预计的那样每隔18到24个月芯片上的元件数翻了一番,出现了在芯片的价格持续降低的同时,性能和可靠性不断提高的行业特点。集成的元件数的提高可以通过减小芯片上的关键尺寸(CD)或最小化特征尺寸来实现,这样在集成度提高的同时芯片的速度也提高了。由于集成电路通过高速的脉冲数字信号来进行工作,工作频率越高产生的电磁骚扰频谱越宽,越容易引起对外辐射的EMC方面的问题。

 

  二、研究对象

 

  在集成电路电磁骚扰研究检测领域,通常将直接从芯片上的电路和集成电路封装产生的电磁发射称为辐射骚扰;将由集成电路引脚注入到印制电路板的布线或电缆上的脉冲电流引起的电磁发射称为传导骚扰1。一般芯片上的电路和集成电路封装产生的直接辐射骚扰比由射频电流通过外围电路产生的电磁辐射小得多。从电磁发射的角度来看,电路板上布线与连接电缆构成了电磁发射的天线。

  由集成电路内部产生的射频电流,通过引脚和与之相连的PCB 板上的连线向外发射,引脚和连线形成了等效的发射天线,产生了无意发射。向外发射功率的大小可由式(1)来计算:

  其中Rr为无意发射天线的等效发射阻抗,IRF为IC工作时产生的射频电流。由此可以看出评价集成电路传导骚扰可通过测量集成电路引脚的射频电流来进行。在数字集成电路中,该射频电流是由电路芯片驱动电路产生的脉冲射频电流。如图(一)是集成电路的电流分布示意图,ZL 为连接输出端口外围电路的等效阻抗,IP 为输出电平由低电平到高电平时的输出电流,ISS 为输出电平由高电平到低电平时的输出电流,ICC 为输出级电路的供电电源的电流。当电路工作时,瞬时脉冲电流一部分从旁路电容CB得到,另一部分来自供电电源IPS。经过旁路电容的电流大小与旁路电容相对于集成电路的放置位置、布线情况、电容的特性有关,即与连接旁路电容的串联阻抗、谐振频率等电容本身的特性有关。通常旁路电容为高频信号提供一个低阻抗回路,这样电流的高频部分由电容来提

  供,其余由电源提供形成输出电流。

 

  

  图(一)数字集成电路的芯片与I/O电路电流分布

 

  可以看出,外围电路的变化会对电流的分布情况产生影响,因而测试应在专门设计的电路板上进行。在确定的电路板上,集成电路的电磁发射的水平,可通过测出的电源端和输出端口电流来描述。

 

  三、集成电路电磁骚扰标准发展状况

 

  目前国际电工委员会制定的有关集成电路电磁发射的标准如表(一)所示:

  序号标准名称

  1 IEC61967-1 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-通用条件与定义

  2 IEC61967-2 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-TEM 小室法

  3 IEC TS61967-3 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-表面扫描法

  4 IEC61967-4 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-1Ω/150Ω直接耦合法

  5 IEC61967-5 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-工作台法拉第笼法

  6 IEC61967-6 集成电路-电磁发射,150kHz to 1GHz-磁场探头法

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