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集成电路的电磁兼容测试.pdf

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集成电路的电磁兼容测试 当今,集成电路的电磁兼容性越来越受到重视。电子设备和系统的生产商努力改进他们的产品以满足电磁兼容规范,降低电磁发射和增强抗干扰能力。过去,集成电路生产商关心的只是成本,应用领域和使用性能,几乎很少考虑电磁兼容的问题。即使单片集成电路通常不会产生较大的辐射,但它还是经常成为电子系统辐射发射的根源。当大量的数字信号瞬间同时切换时便会产生许多的高频分量。 尤其是近年来,集成电路的频率越来越高,集成的晶体管数目越来越多,集成电路的电源电压越来越低,加工芯片的特征尺寸进一步减小,越来越多的功能,甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片之中,这些发展都使得芯片级电磁兼容显得尤为突出。现在,集成电路生产商也要考虑自己产品电磁兼容方面的问题。 集成电路电磁兼容的标准化 由于集成电路的电磁兼容是一个相对较新的学科,尽管对于电子设备及子系统已经有了较详细的电磁兼容标准,但对于集成电路来说其测试标准却相对滞后。国际电工委员会第47A 技术分委会 (IEC SC47A)早在 1990 年就开始专注于集成电路的电磁兼容标准研究。此外,北美的汽车工程协会也开始制定自己的集成电路电磁兼容测试标准 SAE J 1752,主要是发射测试的部分。 1997 年, IEC SC47A 下属的第九工作组 WG9 成立,专门负责集成电路电磁兼容测试方法的研究,参考了各国的建议,至今相继出版了 150kHz- 1GHz的集成电路电磁发射测试标准 IEC61967 和集成电路电磁抗扰度标准 IEC62132 。此外,在脉冲抗扰度方面, WG9 也正在制定对应的标准 IEC62215。 目前, IEC61967 标准用于频率为 150kHz 到 1GHz 的集成电路电磁发射测试,包括以下六个部分: 第一部分:通用条件和定义 (参考 SAE J1752.1); 第二部分:辐射发射测量方法 ——TEM 小室法 (参考 SAE J1752.3); 第三部分:辐射发射测量方法 ——表面扫描法 (参考 SAE J1752.2); 第四部分:传导发射测量方法 ——1Ω/150Ω 直接耦合法; 第五部分:传导发射测量方法 ——法拉第笼法 WFC(workbench faraday cage); 第六部分:传导发射测量方法 ——磁场探头法。 IEC62132 标准,用于频率为 150kHz 到 1GHz 的集成电路电磁抗扰度测试,包括以下五部分: 第一部分:通用条件和定义; 第二部分:辐射抗扰度测量方法 —— TEM 小室法 ; 第三部分:传导抗扰度测量方法 ——大量电流注入法 (BCI) ; 第四部分:传导抗扰度测量方法 ——直接射频功率注入法 (DPI) ; 第五部分:传导抗扰度测量方法 ——法拉第笼法 (WFC)。 IEC62215 标准,用于集成电路脉冲抗扰度测试,包括以下三部分,但尚未正式出版: 第一部分:通用条件和定义; 第二部分:传导抗扰度测量方法 ——同步脉冲注入法 ; 第三部分:传导抗扰度测量方法 ——随机脉冲注入法参考 (IEC61000-4-2 和IEC61000-4-4) 。 下文主要针对 IEC61967 和 IEC62132 的测试方法进行讲解。 集成电路电磁兼容测试方法 电磁发射测试标准 ——IEC61967 第一部分:通用条件和定义 传感器: TEM 小室、场探头等; 频谱仪或接收机:频率范围覆盖 150kHz-1GHz,峰值检波、带最大值保持功能,分辨率带宽的设置如下表: 表一 分辨率带宽的选择 电源:用电池供电或采用低射频噪声的电源; 测试温度: 23℃ ±5℃; 环境噪声:除被测 IC 外其余外围电路供电时,所测到的背景噪声低于限值至少 6dB,必要时可采用前置放大器; 测试电路板:通常集成电路测试需要安装在一块印制电路板上,为提高测试的方便性与重复性,标准规定了电路板的规格,如下图所示,标准电路板的大小与 TEM 小室顶端的开口大小匹配,板上既可以集成 IEC61967 发射测试需要的 1Ω/150Ω 直接耦合法阻抗匹配网络,磁场探头法测试用的迹线,也可以集成 IEC62132-4 用到的耦合电容。 图一 标准集成电路测试板 第二部分:辐射发射测量方法 ——TEM 小室法 图二 TEM 小室法辐射发射测试示意图 TEM 小室其实就是一个变型的同轴线:在此同轴线中部,由一块扁平的芯板作为内导体,外导体为方形,两端呈锥形向通用的同轴器件过渡,一头连接同轴线到测试接收机,另一头连接匹配负载,如下图所示。小室的外导体顶端有一个方形开口用于安装测试电路板。其中,集成电路的一侧安装在小室内侧,互连线和外围电路的一侧向外。这样做使测到的辐射发射主要来源于被测的 IC 芯片
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