集成电路的电磁兼容测试

集成电路的电磁兼容测试

罗德施瓦茨上海代表处丁丁

摘要：本文介绍了集成电路电磁兼容性的基本概念及其在电路设计中的重要性，着重论述了集成电路的电磁发射和抗扰度的测试方法及相关的测试标准，阐述了集成电路电磁兼容的现状和未来趋势，最后介绍了R&S公司针对集成电路电磁兼容的解决方案。

关键词：集成电路；电磁兼容；芯片；

Abstract: This paper has focused on the characterization of the electromagnetic compatibility of integrated circuits and its importance in electric product design. The main measurement methods for emission and immunity, which are proposed in relative standards, have been explained. The general conditions and tendency of the emission and the immunity measurements have been described. And the measurement solution of R&S has been introduced in detail.

Keywords: IC, electromagnetic compatibility,EMC, chip,

1引言

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，但它还是经常成为了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[10]。

2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，至今相续出版了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。[11]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——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(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。

3集成电路电磁兼容测试方法

3.1电磁发射测试标准——IEC61967

第一部分：通用条件和定义；[1]

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

1:/150: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。

图一标准的集成电路测试用印制电路板

第二部分：辐射发射测量方法——TEM小室法[2]

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。受试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。

图二TEM小室法辐射发射测试示意图

第三部分：辐射发射测量方法——表面扫描法[3]

IEC 61967标准中的这一部分可测试集成电路表面电场和磁场的空间分布状态，测试示意图如下所示[11]：使用电场探头或磁场探头机械地扫过集成电路的表面，记录每次的频率、发射值和探头的空间位置，通过软件进行后处理，各频率点场强的空间分布图可用有色图谱形象地表示出来。这种方法所能达到的效果与机械定位系统的精度及所用探头的尺寸密切相关。此方法可以用于一般的PCB板，所以未必要采用

IEC61967-1中推荐的标准测试电路板。通过对集成电路表面进行电场和磁场扫描，可以准确地定位集成电路封装内电磁辐射过大的区域。标准推荐使用部分屏蔽的微型电