1、北京世纪汇泽科技有限公司集成电路的EMC测试前言前言世界范围内电子产品正在以无线、便携、多功能与专业化得趋势快速发展，纯粹的模拟电子系统越来越难以进入人们的视线，取而代之的集成电路在数字电子产品与电子系统中扮演了“超级明星”的角色，而这个主角被接纳的程度也在随着集成电路产业的发展不断加深，从1965年Gordon Moore提出摩尔定律至今，集成电路一直保持着每18-24个月集成度翻番、价格减半的发展趋势，这为集成电路的大范围、多层次应用奠定了基础。尤其在消费类产品领域，这种发展趋势尤为明显，各种数码类产品的普及就是很好的说明。同时，这种快速发展也造成了电子系统电磁兼容性问题的日益突出，更高的
2、集成度和使用密度，是片内和片外耦合的发生几率大大提高。在电子产品和电子系统中，通常集成电路是最根本的骚扰信号源，它把直流供电转换成高频的电流、电压，造成了无意发射和耦合。而当其输入或供电受到干扰时，误动作的可能性将大大增加，甚至造成硬件损坏。这种情况下，如何衡量集成电路电磁兼容性的问题日渐凸显起来。这种衡量方法，或者称作新的测试标准和测试方法，将作用于集成电路的设计、生产、质量控制、采购乃至应用调试等诸多方面，成为整个集成电路相关产业的关注焦点。标准产生的背景标准产生的背景早在1965年美国军方已就核爆电磁场对导弹发射中心设备的影响做出了分析研究，并开发了专门的SPECTRE软件，用于模拟核辐
3、射对电气电子元件的作用。在随后的二十多年中，各种仿真模型、测试方法和统计结果不断涌现，在集成电路电磁兼容领域积累了大量的理论基础和可供分析比较的实测数据。其中主要测试方法包括：北美的汽车工程协会（SAE）建议的使用TEM小室测量集成电路的辐射发射SAE提出的磁场探头和电场探头表面扫描测量集成电路的辐射发射荷兰某公司建议的使用工作台法拉第笼（WBFC）进行集成电路传导发射测量德国标准化组织VDE建议的使用1电阻进行地回路传导电流测量日本的研究人员建议的使用磁场探头进行传导发射测量Lubineau和Fiori等人对抗扰度测试方法和试验结果的研究等等1997年10月，国际电工委员会（IEC）第47A
4、技术分委会下属第九工作组（WG9）成立，专门负责对各种已建议的测试方法进行分析，最终出版了针对EMI和EMS的工具箱式的测试方法集合IEC61967系列和IEC62132系列标准，标准IEC62215也已出版，与IEC62132互补，更加全面地考虑到了集成电路遭受电磁干扰时的情形。标准的简单介绍标准的简单介绍集成电路电磁兼容测试标准，主要有：电磁发射测试标准IEC 61967（用于150kHz到1GHz的集成电路电磁发射测试）电磁抗扰度标准IEC 62132（用于频率为150kHz到1GHz的集成电路射频抗扰度测试）脉冲抗扰度标准IEC 62215IEC61967标准用于频率为150kHz到1
5、GHz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1/150直接耦合法第五部分：传导发射测量方法法拉第笼法WFC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
6、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：第一部分：通用条件和定；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)IEC61967各测试方法的对比各测试方法的对比IEC62132各测试方法的对比各测试方法的对比解决方案解决方案依据IEC 61967-2的IC电磁发射测试系统辐射发射测量方法TEM小室法IEC61967-2 规定的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
7、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。受测芯片产生的高频电流在互连导线上流动，那些焊接引脚、封装连线就充当了辐射发射天线。当测试频率低于TEM小室的一阶高次模频率时，只有主模TEM模传输，此时TEM小室端口的测试电压与骚扰源的发射大小有较好的定量关系，因此，可用此电压值来评定集成电路芯片的辐射发射大小。设备简介TEM小室小室主要技术参数：-频率范围：DC-2G
8、Hz-最大驻波比：1.2:1-RF连接器：N型-最大输入功率：500瓦-10V/m电场场强所需功率：3.7mW-1000V/m电场场强所需功率：37瓦-最大EUT尺寸（cm）：6x6x1-外形尺寸（cm）：15.2 x 9.9 x 33.8IC测试电路板IC测试电路板，完全依据集成电路电磁兼容测试要求设计，由下列部件构成：-GND平面：GND 25-连接板：CB 0708-GND适配器：GNDA依据IEC 61967-3的IC电磁发射测试系统发射测量方法表面扫描法测试框图如下：设备连接图如下：电磁兼容扫描仪:德国LANGER公司开发和生产的高分辨率电磁兼容扫描仪，能在3线性轴（x,y,z）或者
9、4轴（3线性轴：x,y,z和旋转）运动，分辨率高达5m，包括ICS103，FLS102和FLS106等三种型号，特别适合于集成电路（IC）以及手机等手持终端的电磁干扰扫描。设备简介ICS 103Measuring range25 x 25 x 25 mmFLS 102Measuring range200 x 200 x 50 mmFLS 106Measuring range600 x 400 x 125 mmICR探头（近场微探头）:Langer 生产的ICR系列近场微探头用于测量磁场或电场近场高分辨率和高灵敏度测试。该探头适用于集成电路（IC）和印刷电路板（PCB）的场测量，频率范围达6GH
10、z.ChipScan软件:软件组成部件操作和控制整个测量配置。设备集中管理和控制。推进器可以用程序或图形化操纵杆进行控制。交互模式下执行测量算法，并且测量结果用三维图形显示。测量数据可以导出，便于应用。测量算法是基于用户生成的自由可编程扫描的脚本。配置测量算法是：点扫描（ptp扫描）；线扫描（连续扫描）；表面扫描；体积扫描；依据IEC 61967-4的IC电磁发射测试系统传导发射测量方法1/150直接耦合法测试框图如下：设备连接图如下：IEC61967-4规定了两种测试方法：1测试法和150测试法。1测试法用来测试接地引脚上的总骚扰电流，150测试法用来测试输出端口的骚扰电压。离开芯片的射频电
11、流汇流到集成电路的接地引脚，因此对地回路射频电流的测量可较好地反映集成电路的电磁骚扰大小。用1的电阻串联在地回路中，一方面可用来取得地环路的射频电流；另一方面，可实现测试设备与接地引脚端的阻抗匹配。150测试法可用来测试单根或多根输出信号线的骚扰电压，150阻抗代表线束共模阻抗的统计平均值。为实现150共模阻抗与50的测试系统阻抗的匹配，必须采用阻抗匹配网络。设备简介RF电流探头（1测试法）P600系列:探头Probe 602Probe 603Probe 622Probe 623分流电阻0.110.11转移因子Vout/Vin-6dB-6dB14dB14dB电流校正因子-26dB-6dB0dB
12、20dB前置放大器无20dB分流电阻最大功耗2.5W2.5W耦合电容80F80FRF输入1 nH1 nHRF输出50 (SMB)50 (SMB)-1dB压缩点/120 dBVIP3/134 dBV噪声/3.7 dB频率范围0.2 kHz 3 GHz9 kHz 3 GHzRF电流探头P600系列参数:Probe 602,603的频率响应波形Probe 602,603的等效电路Probe 622,623的频率响应波形Probe 622,623的等效电路RF电压探头（150测试法）P700系列:探头Probe 750转移因子Vout/Vin-15.2dB频率范围150 kHz 3 GHz输入阻抗15
13、0输入最大电压HF3.5V输入最大电压DC50VRF输出50Probe 750的频率响应波形Probe 750的等效电路依据IEC 62132-4的IC电磁抗扰度测试系统传导抗扰度测量方法直接射频功率注入法（DPI）IEC62132-4规定了采用直接射频功率注入（DPI）法测量IC的抗干扰性能，射频信号直接注入在芯片单只引脚或一组引脚上，耦合电容同时起到了隔直的作用，避免了直流电压直接加在功放的输出端。测试框图如下：设备连接图如下：设备简介射频注入探头P500系列:射频信号经过射频功率放大器放大后，输入到射频注入探头Probe501、Probe 502或者Probe 503。Probe 500
14、在向IC注入射频信号的同时，还有一个RF电流和电压的输出信号。内置的电压表和电流表，允许测量RF电流和RF电压以及相位差，从而计算电压U，电流I，功率P。HF-注入探头注入探头:Probe 501Probe 502Probe 503电流表带放大器带放大器带放大器频率范围2 MHz-3 GHz2 MHz-3 GHz200 kHz 1.5 GHz电流校正因子看图（2MHz-40MHz）0dB（1V/A）40MHz3GHz看图（2MHz-40MHz）0dB（1V/A）40MHz3GHz看图（200kHz-2MHz）0dB5 dB2MHz1.5GHz电流到电压延时135ps135ps240ps最大电流
15、1A1A1A电压表无放大器带放大器无放大器频率范围16 kHz-3 GHz16 kHz-3 GHz16 kHz-3 GHz转移因子Vout/Vin-40 dB0 dB-40 dB最大电压40Veff1Veff50Veff公共参数耦合电容3F或6.8 nF3F或6.8 nF3F或6.8 nF最大传输功率30瓦30瓦30瓦射频注入探头P500系列技术参数:Probe 501/502电流表频率特性Probe 503电流表频率特性Probe 500等效电路依据IEC 62132-2的IC电磁抗扰度测试系统辐射抗扰度测量方法TEM小室法测试框图如下：设备连接图如下：设备简介H-场注入探头Probe140
16、1:最高频率3GHz最大前向功率100WRFin线性阻抗50RFin终端短路RFin连接N，50分流电阻0.1测量输出50(SMB)电流校正因子-46dB探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）E-场注入探头Probe1501:最高频率3GHz最大前向功率100WRFin线性阻抗50RFin终端开路RFin连接N，50分流电阻0.1测量输出50(SMB)电流校正因子-46dB探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）依据IEC 62215-3标准的集成电路随机脉冲注入法抗扰度测试系统测试连接框图：设备连接实物图：设备简介1、BPS201脉冲信号发生器主要技术指标：脉冲群信号重复频率：
17、0.1 Hz-20 kHz脉冲群电压：取决于所连接的注入探头（最大500V）极性：正、负或者交替2、注入探头P200/P300系列探头Probe 201Probe 211Probe 301Probe 301脉冲电压5-40V0.5V-5V140V-500V5V-140V脉冲频率0.1 Hz 20 kHz0.1 Hz 15 kHz0.1 Hz 20 kHz脉冲形状1.5/5ns1.5/5ns1.5/20ns1.5/20ns耦合电容1.2F18pF内部电阻/电感约1/2nH约100/50nH典型应用连到低阻抗结构的IC引脚，包括Vdd,Vss,信号引脚连到高阻抗结构的IC引脚，包括信号引脚Prob
18、e 201,211的等效电路Probe 201,211的典型波形Probe 301,311的典型波形Probe 301,311的等效电路3、四通道示波适配器：OA 4005方便探头的连接，用于监视来自EUT的最多4个信号。由LED显示数字信号。最大输入电压：50V截止频率：45 MHz正弦波信号，1 MHz方波信号ESD抗扰度（直接注入），依据IEC 61000-4-2测试框图如下：测试连接图如下：设备简介1、ESD电压发生器：Probe 331-2脉冲电压 0.1 9.5 kV脉冲频率0.1 10 Hz脉冲波形0.7/60 ns储能电容50 pF放电电阻330 Probe 331-2脉冲波形
19、Probe 331-2等效电路2、ESD电压发生器：Probe 331脉冲电压 0.1 9.5 kV脉冲频率0.1 10 Hz脉冲波形0.2/36 ns储能电容75 pF放电电阻100 Probe 331脉冲波形3、BPS203脉冲信号发生器(for ESD)脉冲电压范围 100 V 10.5 Kv（取决于探头）极性正、负或者交替脉冲频率0.1 Hz-30 Hz（取决于探头）电源12 V/1A DC软件BPS203_ClientEFT抗扰度（直接注入）依据IEC 61000-4-4/IEC 62215-3测试框图如下：测试连接图如下：设备简介1、EFT注入探头：Probe 250脉冲电压最大6
20、 kV脉冲波形5/50ns耦合电容Ck1 nF/10 pF/2.2 pF线性阻抗50 Probe 250脉冲波形Probe 250等效电路2、探头支架：TH 21探头支架可以用于3GHz以下信号的测试大，频率的限制取决于使用的探头。用橡胶带，可以把形状各异的多种探头固定起来，确保内部磁体固定在地平面。3、探头倾斜适配器：SAG30/SAG45SAG 30SAG 45ESD抗扰度（场耦合）测试框图：测试连接图如下：设备简介1、ESD H-场注入探头：Probe 1202-2脉冲电流 150A 最大磁通密度（h=10mm）VGEN 0.27 10-6Vs/m脉冲频率0.1 10 Hz脉冲波形0.7
21、/60 ns高电压VGEN 0.1 9.5 kV分流电阻0.1测量输出50(SMB)电流校正因子-26dB探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）Probe 1202-2 脉冲波形2、ESD H-场注入探头：Probe 1202脉冲电流 150A 最大磁通密度（h=10mm）VGEN 0.27 10-6Vs/m脉冲频率0.1 10 Hz脉冲波形0.2/2.5 ns高电压VGEN 0.1 9.5 kV分流电阻0.1测量输出50(SMB)电流校正因子-26dB探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）Probe 1202脉冲波形3、ESD E-场注入探头：Probe 1301脉冲电压 0
22、.1 9.5 kV脉冲频率0.1 10 Hz脉冲波形0.2/5.5 ns高电压 0.1 9.5 kV探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）EFT抗扰度（场耦合）测试框图如下：测试连接图如下：设备简介1、EFT H-场注入探头：Probe 1202-4脉冲波形5/50 ns高电压VGEN 8kV线性阻抗HVin50终端HVinP1202-4 50R50分流电阻0.1测量输出50(SMB)电流校正因子-26dB有2个型号，P1202-4和P1202-4 50R。探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）Probe 1202-4脉冲波形2、EFT E-场注入探头：Probe 1302-4脉冲波形5/50 ns高电压VGEN 8 kV线性阻抗HVin50终端HVinP1302-4 50R50测量输出50(SMB)电流校正因子-60dB有2个型号，P1302-4和P1302-4 50R。探头放在规定的位置（离IC 3mm或10mm）Probe 1302-4脉冲波形谢谢！
