當(dāng)今，集成電路的電磁兼容性越來(lái)越受到重視。電子設(shè)備和系統(tǒng)的生產(chǎn)商努力改進(jìn)他們的產(chǎn)品以滿(mǎn)足電磁兼容規(guī)范，降低電磁發(fā)射和增強(qiáng)抗干擾能力。過(guò)去，集成電路生產(chǎn)商關(guān)心的只是成本，應(yīng)用領(lǐng)域和使用性能，幾乎很少考慮電磁兼容的問(wèn)題。即使單片集成電路通常不會(huì)產(chǎn)生較大的輻射，但它還是經(jīng)常成為電子系統(tǒng)輻射發(fā)射的根源。當(dāng)大量的數(shù)字信號(hào)瞬間同時(shí)切換時(shí)便會(huì)產(chǎn)生許多的高頻分量。
尤其是近年來(lái)，集成電路的頻率越來(lái)越高，集成的晶體管數(shù)目越來(lái)越多，集成電路的電源電壓越來(lái)越低，加工芯片的特征尺寸進(jìn)一步減小，越來(lái)越多的功能，甚至是一個(gè)完整的系統(tǒng)都能夠被集成到單個(gè)芯片之中，這些發(fā)展都使得芯片級(jí)電磁兼容顯得尤為突出。現(xiàn)在，集成電路生產(chǎn)商也要考慮自己產(chǎn)品電磁兼容方面的問(wèn)題。
集成電路電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)化
由于集成電路的電磁兼容是一個(gè)相對(duì)較新的學(xué)科，盡管對(duì)于電子設(shè)備及子系統(tǒng)已經(jīng)有了較詳細(xì)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)卻相對(duì)滯后。國(guó)際電工委員會(huì)第47A技術(shù)分委會(huì)(IEC SC47A)早在1990年就開(kāi)始專(zhuān)注于集成電路的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)研究。此外，北美的汽車(chē)工程協(xié)會(huì)也開(kāi)始制定自己的集成電路電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)SAE J 1752，主要是發(fā)射測(cè)試的部分。1997年，IEC SC47A下屬的第九工作組WG9成立，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)集成電路電磁兼容測(cè)試方法的研究，參考了各國(guó)的建議，至今相繼出版了150kHz－1GHz的集成電路電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEC61967和集成電路電磁抗擾度標(biāo)準(zhǔn)IEC62132 。此外，在脈沖抗擾度方面，WG9也正在制定對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)IEC62215。
目前，IEC61967標(biāo)準(zhǔn)用于頻率為150kHz到1GHz的集成電路電磁發(fā)射測(cè)試，包括以下六個(gè)部分：
第一部分：通用條件和定義(參考SAE J1752.1)；
第二部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——TEM小室法(參考SAE J1752.3)；
第三部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——表面掃描法(參考SAE J1752.2)；
第四部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——1Ω/150Ω直接耦合法；
第五部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——法拉第籠法WFC(workbench faraday cage)；
第六部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——磁場(chǎng)探頭法。
IEC62132標(biāo)準(zhǔn)，用于頻率為150kHz到1GHz的集成電路電磁抗擾度測(cè)試，包括以下五部分：
第一部分：通用條件和定義；
第二部分：輻射抗擾度測(cè)量方法—— TEM小室法 ；
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——大量電流注入法(BCI) ；
第四部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——直接射頻功率注入法(DPI) ；
第五部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——法拉第籠法(WFC)。
IEC62215標(biāo)準(zhǔn)，用于集成電路脈沖抗擾度測(cè)試，包括以下三部分，但尚未正式出版：
第一部分：通用條件和定義；
第二部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——同步脈沖注入法 ；
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——隨機(jī)脈沖注入法參考(IEC61000-4-2和IEC61000-4-4) 。
下文主要針對(duì)IEC61967 和IEC62132的測(cè)試方法進(jìn)行講解。
集成電路電磁兼容測(cè)試方法
電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)——IEC61967
第一部分：通用條件和定義
傳感器：TEM小室、場(chǎng)探頭等；
頻譜儀或接收機(jī)：頻率范圍覆蓋150kHz-1GHz，峰值檢波、帶最大值保持功能，分辨率帶寬的設(shè)置如下表：
表一 分辨率帶寬的選擇
電源：用電池供電或采用低射頻噪聲的電源；
測(cè)試溫度：23℃±5℃；
環(huán)境噪聲：除被測(cè)IC外其余外圍電路供電時(shí)，所測(cè)到的背景噪聲低于限值至少6dB，必要時(shí)可采用前置放大器；
測(cè)試電路板：通常集成電路測(cè)試需要安裝在一塊印制電路板上，為提高測(cè)試的方便性與重復(fù)性，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電路板的規(guī)格，如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)電路板的大小與TEM小室頂端的開(kāi)口大小匹配，板上既可以集成IEC61967發(fā)射測(cè)試需要的1Ω/150Ω直接耦合法阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，磁場(chǎng)探頭法測(cè)試用的跡線(xiàn)，也可以集成IEC62132-4用到的耦合電容。
圖一 標(biāo)準(zhǔn)集成電路測(cè)試板
第二部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——TEM小室法
圖二 TEM小室法輻射發(fā)射測(cè)試示意圖
TEM小室其實(shí)就是一個(gè)變型的同軸線(xiàn)：在此同軸線(xiàn)中部，由一塊扁平的芯板作為內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體為方形，兩端呈錐形向通用的同軸器件過(guò)渡，一頭連接同軸線(xiàn)到測(cè)試接收機(jī)，另一頭連接匹配負(fù)載，如下圖所示。小室的外導(dǎo)體頂端有一個(gè)方形開(kāi)口用于安裝測(cè)試電路板。其中，集成電路的一側(cè)安裝在小室內(nèi)側(cè)，互連線(xiàn)和外圍電路的一側(cè)向外。這樣做使測(cè)到的輻射發(fā)射主要來(lái)源于被測(cè)的IC芯片。受測(cè)芯片產(chǎn)生的高頻電流在互連導(dǎo)線(xiàn)上流動(dòng)，那些焊接引腳、封裝連線(xiàn)就充當(dāng)了輻射發(fā)射天線(xiàn)。當(dāng)測(cè)試頻率低于TEM小室的一階高次模頻率時(shí)，只有主模TEM模傳輸，此時(shí)TEM小室端口的測(cè)試電壓與騷擾源的發(fā)射大小有較好的定量關(guān)系，因此，可用此電壓值來(lái)評(píng)定集成電路芯片的輻射發(fā)射大小。
第三部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——表面掃描法
圖三 表面掃描法測(cè)試圖
IEC 61967標(biāo)準(zhǔn)中的這一部分可測(cè)試集成電路表面電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間分布狀態(tài)，測(cè)試示意圖如下所示：使用電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭機(jī)械地掃過(guò)集成電路的表面，記錄每次的頻率、發(fā)射值和探頭的空間位置，通過(guò)軟件進(jìn)行后處理，各頻率點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布圖可用有色圖譜形象地表示出來(lái)。這種方法所能達(dá)到的效果與機(jī)械定位系統(tǒng)的精度及所用探頭的尺寸密切相關(guān)。此方法可以用于一般的PCB板，所以未必要采用IEC61967-1中推薦的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電路板。通過(guò)對(duì)集成電路表面進(jìn)行電場(chǎng)和磁場(chǎng)掃描，可以準(zhǔn)確地定位集成電路封裝內(nèi)電磁輻射過(guò)大的區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)推薦使用部分屏蔽的微型電場(chǎng)探頭和單匝的微型磁場(chǎng)探頭，這兩種近場(chǎng)探頭都可用0.5mm的半剛體同軸電纜制作。
第四部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——1Ω/150Ω直接耦合法
圖四 1Ω/150Ω直接耦合法測(cè)試示意圖
IEC61967－4分為兩種方法：1Ω測(cè)試法和150Ω測(cè)試法。1Ω測(cè)試法用來(lái)測(cè)試接地引腳上的總騷擾電流，150Ω測(cè)試法用來(lái)測(cè)試輸出端口的騷擾電壓。離開(kāi)芯片的射頻電流匯流到集成電路的接地引腳，因此對(duì)地回路射頻電流的測(cè)量可較好地反映集成電路的電磁騷擾大小。用1Ω的電阻串聯(lián)在地回路中，一方面可用來(lái)取得地環(huán)路的射頻電流；另一方面，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與接地引腳端的阻抗匹配。150Ω測(cè)試法可用來(lái)測(cè)試單根或多根輸出信號(hào)線(xiàn)的騷擾電壓，150Ω阻抗代表線(xiàn)束共模阻抗的統(tǒng)計(jì)平均值。為實(shí)現(xiàn)150Ω共模阻抗與50Ω的測(cè)試系統(tǒng)阻抗的匹配，必須采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試示意圖如下所示。
第五部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——法拉第籠法(WFC)
圖五 法拉第籠法發(fā)射測(cè)試示意圖
法拉第籠法可測(cè)試電源線(xiàn)和輸入輸出信號(hào)線(xiàn)上的傳導(dǎo)騷擾電壓。將裝有集成電路的標(biāo)準(zhǔn)電路板或應(yīng)用電路板放入法拉第籠中，電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)進(jìn)出法拉第籠都要經(jīng)過(guò)濾波處理，法拉第籠上測(cè)試端口接測(cè)試儀器，待測(cè)端口接50Ω匹配負(fù)載，較好的屏蔽環(huán)境降低了測(cè)試的背景噪聲，測(cè)試路徑串聯(lián)100Ω電阻用來(lái)實(shí)現(xiàn)150Ω共模阻抗與50Ω射頻阻抗的匹配，測(cè)試原理圖如下所示。
第六部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——磁場(chǎng)探頭法
圖六 磁場(chǎng)探頭法測(cè)試示意圖
磁場(chǎng)探頭法是通過(guò)測(cè)試PCB板導(dǎo)線(xiàn)上的電流來(lái)評(píng)定集成電路的電磁發(fā)射。芯片引腳通過(guò)PCB板上的導(dǎo)線(xiàn)與電源或外圍電路相連，因而它產(chǎn)生的射頻電流可用一個(gè)靠近的磁場(chǎng)探頭獲取，由電磁感應(yīng)定律，探頭輸出端的電壓正比于導(dǎo)線(xiàn)上的射頻電流。磁場(chǎng)探頭的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和推薦尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)描述，測(cè)試示意圖如下所示：
集成電路電磁抗擾度測(cè)試方法——IEC62132
第一部分：通用條件和定義
為了評(píng)定芯片的抗擾度性能，需要一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且可復(fù)現(xiàn)的測(cè)試方法。芯片的抗擾度可分為輻射抗擾度和傳導(dǎo)抗擾度，需要得到集成電路發(fā)生故障時(shí)的射頻功率大小?？箶_度測(cè)試將集成電路工作的性能狀態(tài)分為五個(gè)等級(jí)，測(cè)試時(shí)，連續(xù)波和調(diào)幅波測(cè)試要分別進(jìn)行，調(diào)制方式也是采用1kHz 80％調(diào)制深度的峰值電平恒定調(diào)幅，這些要求都與汽車(chē)零部件的抗擾度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO11452相似。
第二部分：輻射抗擾度測(cè)量方法—— TEM小室法
圖七 TEM小室法法輻射抗擾度測(cè)試示意圖
IEC61967-2中的TEM小室也可以用來(lái)進(jìn)行抗擾度的測(cè)試，小室一端將接收機(jī)換成信號(hào)源和功放，小室另一端接適當(dāng)?shù)钠ヅ湄?fù)載。在小室中建立起來(lái)的TEM波與遠(yuǎn)場(chǎng)的TEM波非常類(lèi)似，因而適合用來(lái)進(jìn)行電磁抗擾度的測(cè)試。此外，為了實(shí)時(shí)地監(jiān)視集成電路的工作狀態(tài)，還需要配套的狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備。測(cè)試示意圖如下：
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——大量電流注入法(BCI)
圖八 BCI測(cè)試示意圖
本方法是對(duì)連接到集成電路引腳的單根線(xiàn)纜或線(xiàn)束注入干擾功率，通過(guò)注入探頭被測(cè)電纜由于感性耦合而產(chǎn)生干擾電流，此電流的大小可由另一個(gè)電流探頭測(cè)出。這種方法其實(shí)是由汽車(chē)電子抗擾度測(cè)試發(fā)展而來(lái)的,可參見(jiàn)ISO11452-4，測(cè)試示意圖如下所示：
第四部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——直接射頻功率注入法(DPI)
圖九 DPI測(cè)試示意圖
與BCI方法采用感性注入相對(duì)應(yīng)，DPI方法采用容性注入。射頻信號(hào)直接注入在芯片單只引腳或一組引腳上，耦合電容同時(shí)起到了隔直的作用，避免了直流電壓直接加在功放的輸出端，測(cè)試示意圖如下所示：
第五部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——法拉第籠法WFC
圖十 法拉第籠法抗擾度測(cè)試示意圖
法拉第籠傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量法采用IEC61967－5的法拉第籠，只須將接收機(jī)替換成信號(hào)源和功放，測(cè)試示意圖如下所示。屏蔽的結(jié)構(gòu)和良好的濾波使得射頻干擾信號(hào)被限制在法拉第籠內(nèi)部，可有效地保護(hù)測(cè)試操作人員。
R&S公司的測(cè)試系統(tǒng)解決方案
針對(duì)IEC61967的各項(xiàng)測(cè)試，R&S公司采用認(rèn)證型的接收機(jī)R&S ESCI，結(jié)合各種附件，即可完成集成電路電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。R&S ESCI同時(shí)具有接收機(jī)和頻譜儀的功能，完全符合標(biāo)準(zhǔn)CISPR16-1-1。工作頻率范圍是9kHz-3GHz，內(nèi)置預(yù)選器和20dB的預(yù)放，帶有峰值、準(zhǔn)峰值、有效值、線(xiàn)性平均和CISPR平均檢波器，各檢波器可以用條形圖顯示，且?guī)в蟹逯当３止δ埽ㄟ^(guò)GPIB總線(xiàn)接口可由R&S EMC32軟件包實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，發(fā)射測(cè)試配置如下圖所示：
圖十一 集成電路電磁發(fā)射測(cè)試配置圖
針對(duì)IEC62132的各項(xiàng)抗擾度測(cè)試，R&S公司采用集成測(cè)試系統(tǒng)R&S IMS，結(jié)合各種附件，即可完成所有的集成電路抗擾度測(cè)試。R&S IMS是一款緊湊型的測(cè)試設(shè)備，覆蓋頻率9 kHz 到3 GHz，內(nèi)置了信號(hào)源、切換開(kāi)關(guān)、功率計(jì)和功放，同時(shí)也可控制外置功放；通過(guò)GPIB總線(xiàn)接口可由R&S EMC32軟件包實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，抗擾度測(cè)試配置如下圖所示。
圖十二 集成電路電磁抗擾度測(cè)試配置圖
隨著工作頻率及芯片復(fù)雜度的不斷增長(zhǎng)，集成電路電磁輻射及抗擾度測(cè)試也需要繼續(xù)發(fā)展以適應(yīng)新的要求：測(cè)試向高頻方向發(fā)展，為了突破1GHz的限值，不少?lài)?guó)家和企業(yè)已經(jīng)采用GTEM 小室的方法，彌補(bǔ)TEM 小室測(cè)試頻率限值的不足；脈沖抗擾度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化也正在進(jìn)行中，標(biāo)準(zhǔn)IEC62215即將出版，與IEC62132互補(bǔ)，更加全面地考慮到了集成電路遭受電磁干擾時(shí)的情形。
尤其是近年來(lái)，集成電路的頻率越來(lái)越高，集成的晶體管數(shù)目越來(lái)越多，集成電路的電源電壓越來(lái)越低，加工芯片的特征尺寸進(jìn)一步減小，越來(lái)越多的功能，甚至是一個(gè)完整的系統(tǒng)都能夠被集成到單個(gè)芯片之中，這些發(fā)展都使得芯片級(jí)電磁兼容顯得尤為突出。現(xiàn)在，集成電路生產(chǎn)商也要考慮自己產(chǎn)品電磁兼容方面的問(wèn)題。
集成電路電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)化
由于集成電路的電磁兼容是一個(gè)相對(duì)較新的學(xué)科，盡管對(duì)于電子設(shè)備及子系統(tǒng)已經(jīng)有了較詳細(xì)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)卻相對(duì)滯后。國(guó)際電工委員會(huì)第47A技術(shù)分委會(huì)(IEC SC47A)早在1990年就開(kāi)始專(zhuān)注于集成電路的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)研究。此外，北美的汽車(chē)工程協(xié)會(huì)也開(kāi)始制定自己的集成電路電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)SAE J 1752，主要是發(fā)射測(cè)試的部分。1997年，IEC SC47A下屬的第九工作組WG9成立，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)集成電路電磁兼容測(cè)試方法的研究，參考了各國(guó)的建議，至今相繼出版了150kHz－1GHz的集成電路電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEC61967和集成電路電磁抗擾度標(biāo)準(zhǔn)IEC62132 。此外，在脈沖抗擾度方面，WG9也正在制定對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)IEC62215。
目前，IEC61967標(biāo)準(zhǔn)用于頻率為150kHz到1GHz的集成電路電磁發(fā)射測(cè)試，包括以下六個(gè)部分：
第一部分：通用條件和定義(參考SAE J1752.1)；
第二部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——TEM小室法(參考SAE J1752.3)；
第三部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——表面掃描法(參考SAE J1752.2)；
第四部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——1Ω/150Ω直接耦合法；
第五部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——法拉第籠法WFC(workbench faraday cage)；
第六部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——磁場(chǎng)探頭法。
IEC62132標(biāo)準(zhǔn)，用于頻率為150kHz到1GHz的集成電路電磁抗擾度測(cè)試，包括以下五部分：
第一部分：通用條件和定義；
第二部分：輻射抗擾度測(cè)量方法—— TEM小室法 ；
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——大量電流注入法(BCI) ；
第四部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——直接射頻功率注入法(DPI) ；
第五部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——法拉第籠法(WFC)。
IEC62215標(biāo)準(zhǔn)，用于集成電路脈沖抗擾度測(cè)試，包括以下三部分，但尚未正式出版：
第一部分：通用條件和定義；
第二部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——同步脈沖注入法 ；
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——隨機(jī)脈沖注入法參考(IEC61000-4-2和IEC61000-4-4) 。
下文主要針對(duì)IEC61967 和IEC62132的測(cè)試方法進(jìn)行講解。
集成電路電磁兼容測(cè)試方法
電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)——IEC61967
第一部分：通用條件和定義
傳感器：TEM小室、場(chǎng)探頭等；
頻譜儀或接收機(jī)：頻率范圍覆蓋150kHz-1GHz，峰值檢波、帶最大值保持功能，分辨率帶寬的設(shè)置如下表：
表一 分辨率帶寬的選擇
電源：用電池供電或采用低射頻噪聲的電源；
測(cè)試溫度：23℃±5℃；
環(huán)境噪聲：除被測(cè)IC外其余外圍電路供電時(shí)，所測(cè)到的背景噪聲低于限值至少6dB，必要時(shí)可采用前置放大器；
測(cè)試電路板：通常集成電路測(cè)試需要安裝在一塊印制電路板上，為提高測(cè)試的方便性與重復(fù)性，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電路板的規(guī)格，如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)電路板的大小與TEM小室頂端的開(kāi)口大小匹配，板上既可以集成IEC61967發(fā)射測(cè)試需要的1Ω/150Ω直接耦合法阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，磁場(chǎng)探頭法測(cè)試用的跡線(xiàn)，也可以集成IEC62132-4用到的耦合電容。
圖一 標(biāo)準(zhǔn)集成電路測(cè)試板
第二部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——TEM小室法
圖二 TEM小室法輻射發(fā)射測(cè)試示意圖
TEM小室其實(shí)就是一個(gè)變型的同軸線(xiàn)：在此同軸線(xiàn)中部，由一塊扁平的芯板作為內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體為方形，兩端呈錐形向通用的同軸器件過(guò)渡，一頭連接同軸線(xiàn)到測(cè)試接收機(jī)，另一頭連接匹配負(fù)載，如下圖所示。小室的外導(dǎo)體頂端有一個(gè)方形開(kāi)口用于安裝測(cè)試電路板。其中，集成電路的一側(cè)安裝在小室內(nèi)側(cè)，互連線(xiàn)和外圍電路的一側(cè)向外。這樣做使測(cè)到的輻射發(fā)射主要來(lái)源于被測(cè)的IC芯片。受測(cè)芯片產(chǎn)生的高頻電流在互連導(dǎo)線(xiàn)上流動(dòng)，那些焊接引腳、封裝連線(xiàn)就充當(dāng)了輻射發(fā)射天線(xiàn)。當(dāng)測(cè)試頻率低于TEM小室的一階高次模頻率時(shí)，只有主模TEM模傳輸，此時(shí)TEM小室端口的測(cè)試電壓與騷擾源的發(fā)射大小有較好的定量關(guān)系，因此，可用此電壓值來(lái)評(píng)定集成電路芯片的輻射發(fā)射大小。
第三部分：輻射發(fā)射測(cè)量方法——表面掃描法
圖三 表面掃描法測(cè)試圖
IEC 61967標(biāo)準(zhǔn)中的這一部分可測(cè)試集成電路表面電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間分布狀態(tài)，測(cè)試示意圖如下所示：使用電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭機(jī)械地掃過(guò)集成電路的表面，記錄每次的頻率、發(fā)射值和探頭的空間位置，通過(guò)軟件進(jìn)行后處理，各頻率點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布圖可用有色圖譜形象地表示出來(lái)。這種方法所能達(dá)到的效果與機(jī)械定位系統(tǒng)的精度及所用探頭的尺寸密切相關(guān)。此方法可以用于一般的PCB板，所以未必要采用IEC61967-1中推薦的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電路板。通過(guò)對(duì)集成電路表面進(jìn)行電場(chǎng)和磁場(chǎng)掃描，可以準(zhǔn)確地定位集成電路封裝內(nèi)電磁輻射過(guò)大的區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)推薦使用部分屏蔽的微型電場(chǎng)探頭和單匝的微型磁場(chǎng)探頭，這兩種近場(chǎng)探頭都可用0.5mm的半剛體同軸電纜制作。
第四部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——1Ω/150Ω直接耦合法
圖四 1Ω/150Ω直接耦合法測(cè)試示意圖
IEC61967－4分為兩種方法：1Ω測(cè)試法和150Ω測(cè)試法。1Ω測(cè)試法用來(lái)測(cè)試接地引腳上的總騷擾電流，150Ω測(cè)試法用來(lái)測(cè)試輸出端口的騷擾電壓。離開(kāi)芯片的射頻電流匯流到集成電路的接地引腳，因此對(duì)地回路射頻電流的測(cè)量可較好地反映集成電路的電磁騷擾大小。用1Ω的電阻串聯(lián)在地回路中，一方面可用來(lái)取得地環(huán)路的射頻電流；另一方面，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與接地引腳端的阻抗匹配。150Ω測(cè)試法可用來(lái)測(cè)試單根或多根輸出信號(hào)線(xiàn)的騷擾電壓，150Ω阻抗代表線(xiàn)束共模阻抗的統(tǒng)計(jì)平均值。為實(shí)現(xiàn)150Ω共模阻抗與50Ω的測(cè)試系統(tǒng)阻抗的匹配，必須采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試示意圖如下所示。
第五部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——法拉第籠法(WFC)
圖五 法拉第籠法發(fā)射測(cè)試示意圖
法拉第籠法可測(cè)試電源線(xiàn)和輸入輸出信號(hào)線(xiàn)上的傳導(dǎo)騷擾電壓。將裝有集成電路的標(biāo)準(zhǔn)電路板或應(yīng)用電路板放入法拉第籠中，電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)進(jìn)出法拉第籠都要經(jīng)過(guò)濾波處理，法拉第籠上測(cè)試端口接測(cè)試儀器，待測(cè)端口接50Ω匹配負(fù)載，較好的屏蔽環(huán)境降低了測(cè)試的背景噪聲，測(cè)試路徑串聯(lián)100Ω電阻用來(lái)實(shí)現(xiàn)150Ω共模阻抗與50Ω射頻阻抗的匹配，測(cè)試原理圖如下所示。
第六部分：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量方法——磁場(chǎng)探頭法
圖六 磁場(chǎng)探頭法測(cè)試示意圖
磁場(chǎng)探頭法是通過(guò)測(cè)試PCB板導(dǎo)線(xiàn)上的電流來(lái)評(píng)定集成電路的電磁發(fā)射。芯片引腳通過(guò)PCB板上的導(dǎo)線(xiàn)與電源或外圍電路相連，因而它產(chǎn)生的射頻電流可用一個(gè)靠近的磁場(chǎng)探頭獲取，由電磁感應(yīng)定律，探頭輸出端的電壓正比于導(dǎo)線(xiàn)上的射頻電流。磁場(chǎng)探頭的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和推薦尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)描述，測(cè)試示意圖如下所示：
集成電路電磁抗擾度測(cè)試方法——IEC62132
第一部分：通用條件和定義
為了評(píng)定芯片的抗擾度性能，需要一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且可復(fù)現(xiàn)的測(cè)試方法。芯片的抗擾度可分為輻射抗擾度和傳導(dǎo)抗擾度，需要得到集成電路發(fā)生故障時(shí)的射頻功率大小?？箶_度測(cè)試將集成電路工作的性能狀態(tài)分為五個(gè)等級(jí)，測(cè)試時(shí)，連續(xù)波和調(diào)幅波測(cè)試要分別進(jìn)行，調(diào)制方式也是采用1kHz 80％調(diào)制深度的峰值電平恒定調(diào)幅，這些要求都與汽車(chē)零部件的抗擾度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO11452相似。
第二部分：輻射抗擾度測(cè)量方法—— TEM小室法
圖七 TEM小室法法輻射抗擾度測(cè)試示意圖
IEC61967-2中的TEM小室也可以用來(lái)進(jìn)行抗擾度的測(cè)試，小室一端將接收機(jī)換成信號(hào)源和功放，小室另一端接適當(dāng)?shù)钠ヅ湄?fù)載。在小室中建立起來(lái)的TEM波與遠(yuǎn)場(chǎng)的TEM波非常類(lèi)似，因而適合用來(lái)進(jìn)行電磁抗擾度的測(cè)試。此外，為了實(shí)時(shí)地監(jiān)視集成電路的工作狀態(tài)，還需要配套的狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備。測(cè)試示意圖如下：
第三部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——大量電流注入法(BCI)
圖八 BCI測(cè)試示意圖
本方法是對(duì)連接到集成電路引腳的單根線(xiàn)纜或線(xiàn)束注入干擾功率，通過(guò)注入探頭被測(cè)電纜由于感性耦合而產(chǎn)生干擾電流，此電流的大小可由另一個(gè)電流探頭測(cè)出。這種方法其實(shí)是由汽車(chē)電子抗擾度測(cè)試發(fā)展而來(lái)的,可參見(jiàn)ISO11452-4，測(cè)試示意圖如下所示：
第四部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——直接射頻功率注入法(DPI)
圖九 DPI測(cè)試示意圖
與BCI方法采用感性注入相對(duì)應(yīng)，DPI方法采用容性注入。射頻信號(hào)直接注入在芯片單只引腳或一組引腳上，耦合電容同時(shí)起到了隔直的作用，避免了直流電壓直接加在功放的輸出端，測(cè)試示意圖如下所示：
第五部分：傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量方法——法拉第籠法WFC
圖十 法拉第籠法抗擾度測(cè)試示意圖
法拉第籠傳導(dǎo)抗擾度測(cè)量法采用IEC61967－5的法拉第籠，只須將接收機(jī)替換成信號(hào)源和功放，測(cè)試示意圖如下所示。屏蔽的結(jié)構(gòu)和良好的濾波使得射頻干擾信號(hào)被限制在法拉第籠內(nèi)部，可有效地保護(hù)測(cè)試操作人員。
R&S公司的測(cè)試系統(tǒng)解決方案
針對(duì)IEC61967的各項(xiàng)測(cè)試，R&S公司采用認(rèn)證型的接收機(jī)R&S ESCI，結(jié)合各種附件，即可完成集成電路電磁發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。R&S ESCI同時(shí)具有接收機(jī)和頻譜儀的功能，完全符合標(biāo)準(zhǔn)CISPR16-1-1。工作頻率范圍是9kHz-3GHz，內(nèi)置預(yù)選器和20dB的預(yù)放，帶有峰值、準(zhǔn)峰值、有效值、線(xiàn)性平均和CISPR平均檢波器，各檢波器可以用條形圖顯示，且?guī)в蟹逯当３止δ埽ㄟ^(guò)GPIB總線(xiàn)接口可由R&S EMC32軟件包實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，發(fā)射測(cè)試配置如下圖所示：
圖十一 集成電路電磁發(fā)射測(cè)試配置圖
針對(duì)IEC62132的各項(xiàng)抗擾度測(cè)試，R&S公司采用集成測(cè)試系統(tǒng)R&S IMS，結(jié)合各種附件，即可完成所有的集成電路抗擾度測(cè)試。R&S IMS是一款緊湊型的測(cè)試設(shè)備，覆蓋頻率9 kHz 到3 GHz，內(nèi)置了信號(hào)源、切換開(kāi)關(guān)、功率計(jì)和功放，同時(shí)也可控制外置功放；通過(guò)GPIB總線(xiàn)接口可由R&S EMC32軟件包實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，抗擾度測(cè)試配置如下圖所示。
圖十二 集成電路電磁抗擾度測(cè)試配置圖
隨著工作頻率及芯片復(fù)雜度的不斷增長(zhǎng)，集成電路電磁輻射及抗擾度測(cè)試也需要繼續(xù)發(fā)展以適應(yīng)新的要求：測(cè)試向高頻方向發(fā)展，為了突破1GHz的限值，不少?lài)?guó)家和企業(yè)已經(jīng)采用GTEM 小室的方法，彌補(bǔ)TEM 小室測(cè)試頻率限值的不足；脈沖抗擾度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化也正在進(jìn)行中，標(biāo)準(zhǔn)IEC62215即將出版，與IEC62132互補(bǔ)，更加全面地考慮到了集成電路遭受電磁干擾時(shí)的情形。
