簡介：

過去，EMC兼容性一直是電子產品模塊級或系統級問題。

現在，電子設備制造商開始要求半導體制造商指定集成電路（IC）的輻射和抗擾度水平。一些半導體公司通過開發專有測試方法做出了響應，而另一些公司則與設備制造商和國際電工委員會（IEC）合作，制定了一些通用型的IC EMC測試和測量的標準方法。所以了解IC EMC集成電路電磁兼容測試系統對于芯片設計人員來說變得尤為重要。

IC EMC問題來源：

除了布線和結構設計外，設備中所使用的集成電路IC的特性也決定了它的EMC特性。IC對快速脈沖的敏感性隨其結構尺寸、工作電壓、工作點的較少而顯著增加。當前的集成電路和微控制器開發領域趨近于結構小于100nm水平，甚至電腦芯片組已經達到7nm。并且伴隨更高的開關率致使IC的EMC-EMS免疫性相較早期產品下降近90%。這種趨勢也將最終反映在設備級別的EMC特性上。所以對于相同的功能的IC,良好的EMC特性能夠提高IC制造商的競爭優勢。關于IC EMC 問題來源更多介紹

如何提高IC的EMC兼容性競爭力？

提高IC集成電路的電磁兼容性能應該首先從符合IEC標準開始：

在沒有相應能力和資質規劃符合自己產品的EMC標準時，IC制造商應該首先遵循國際電工委員會IEC的測試標準。然后在利用IEC標準開發符合自己產品的企業標準。

現在，IEC技術委員會TC47（半導體器件）正在領導 IEC 的工作。委員會將 EMC 測量標準的工作分配給其小組委員會 （SC） 47A+集成電路。TC 47/SC 47A 創建了工作組 （WG） 9，以準備測試和測量方法。WG9 的工作計劃與其他行業和國家標準機構合作，如美國汽車工程師協會 （SAE） 和德國的埃德列克特羅尼克 Elektronik信息技術公司（VDE）。和產品及設備級別的EMC標準一樣，IC-EMC也包括兩種測試，射頻EMI和射頻抗擾度EMS的標準系列。

使用IC EMC集成電路電磁兼容測試系統營造一個逼真的EMC環境

使用深圳市易優特測試技術有限公司代理的德國 langer-emv IC測試系統，使用者可以在開發過程中營造一個逼真的EMC環境，注入各種參數的脈沖. 這樣IC電路的設計者能夠方便的看到IC對于各類干擾的影響，進而改進芯片的設計。IC測試系統可以在測試時充分的保護IC上敏感脆弱的引腳。

對集成電路使用 langer-emv 的IC測試系統注入脈沖干擾

對集成電路使用 langer-emv 的IC測試系統注入脈沖干擾

使用新的 IC EMC 測試系統：

使用EUTTEST 提供的新的 IC EMC 測試系統（圖 1和圖 2）可用于分析 IC 在（傳導和輻射）干擾和/或相應發射的選擇性影響下的行為。從該分析中獲得的見解有助于半導體制造商優化 IC 和 IC 用戶克服其電子模塊中的弱點。注意：被測試的IC芯片必須能正常工作，且要通過示波器、發送數據包等操作確定其工作狀態，然后才能開始測試。

圖 1 IC集成電路的EMC測試項目方法 使用 IC 測試系統進行測量的基本原理（傳導）

圖 1 使用 IC 測試系統進行測量的基本原理（傳導）

圖 2 IC集成電路的EMC測試項目方法 使用 IC 測試系統（輻射）進行測量的基本原理

圖 2 使用 IC 測試系統（輻射）進行測量的基本原理

 

IC 進行EMC測試的好處：

IC 測試系統讓 IC 用戶：

  • 在 IC 級別識別設備中的 EMC 問題
  • 根據獲得的見解選擇 IC 和
  • 根據 IC 的 EMV 參數優化電路和/或布局設計。

IC 測試系統讓 IC 制造商能夠：

  • 測量和檢查 IC 的抗擾度/輻射
  • 確定干擾的原因和優化 IC EMC問題
圖 3 IC集成電路的EMC測試設備 帶有 ICE1 IC 測試環境的測量系統/探針組的 IC 測試系統概覽

圖 3 帶有 ICE1 IC 測試環境的測量系統/探針組的 IC 測試系統概覽

IC 的 EMC 參數:

  • 每個 IC 都具有與傳導和輻射干擾相關的特征抗擾度。這些是其 EMC 參數。IC 引腳具有傳導抗擾度，可以使用探頭組中的相應探頭進行測量。
  • 整個 IC 具有輻射抗擾度。干擾場可以從外部影響 IC，并超過這些對磁場和電場的抗擾度。這些免疫水平是相互獨立的。需要產生合適的和定義的場的探頭來確定場抗擾度水平。
  • 此外，可以通過引腳測量 IC 的傳導干擾發射，并通過 IC 外殼測量輻射（電和磁近場）發射。測得的曲線是可以用來分析 IC 的 EMC 參數。

IC測試系統的設置:

圖 4 帶有探針和測試 IC 的 ICE1 IC 測試環境的截面圖（進行）

圖 4 帶有探針和測試 IC 的 ICE1 IC 測試環境的截面圖（進行）

圖 5帶有探針和測試 IC（輻射）的 ICE1 IC 測試環境剖面圖

圖 5帶有探針和測試 IC（輻射）的 ICE1 IC 測試環境剖面圖

被測 IC 位于測試裝置中的測試板上。過濾連接將測試板鏈接到位于其下方的連接板，該連接板將測試 IC 連接到 PC。可以使用隨附的軟件控制和監視 IC。連接板位于接地平面的下側，形成用于測量的固定接地參考系統。探針放置在接地平面上，用于通過導電或電容/電感耦合將干擾注入測試 IC 或測量其發射。測量連接是通過探頭的針腳接觸到測試 IC 的被測針腳進行的。這種小規模的設置和連續的接地層確保測量也可以在 GHz 范圍內進行。

IC EMC測試方法:

我們現在可以使用IC EMC 測試設備來根據標準定義的測試方法開展測試了，要注意的是EMC測試人員必須分析設備中的 EMC 抗擾度和發射機制，所有干擾變量（RF、ESD、EFT、發射、RF 發射……）的測試方法均源自該分析。

IC EMC抗干擾測試

器件的測試方法在被測器件中產生電場和磁場。這些場會影響通向 IC 以及 IC 外殼的印刷電路板網絡。作用在網絡上的場會在這些網絡中產生電流和電壓，這些電流和電壓會影響連接的 IC。

圖 6 EFT 測試臺

圖 6 EFT 測試臺

IC 的測試發生器通常必須模擬這些電氣和磁性參數。圖 6顯示了突發或 ESD 測試臺的基本設置。注入被測器件 u?G?(t)的測試脈沖產生流過器件的電流脈沖 i(t)。這會導致器件中出現電壓降 D?u?(t)。該電壓降 D?u?(t) 在器件中產生電場強度 E(t)。電流 i(t) 在設備中產生脈沖磁場 H(t)。這些場對 IC 上外部連接的導體軌道（傳導）或直接對 IC 外殼（輻射）有間接影響。

IC EMC干擾發射測試

開關模式 IC 產生內部 RF 電流和電壓。這些反過來會產生直接從 IC 外殼逸出的電場或磁場 RF 場。此外，RF 電壓和電流可以傳輸到 IC 引腳并因此傳輸到印刷電路板上 IC 外部的網絡，在那里它們產生射頻和/或射頻場。電場E由圖7中的IC和IC的外部網絡產生。電場耦合到相鄰組件并刺激它發出干擾。在這種情況下，IC 的 EMC 參數是 IC 發射的電場強度以及 IC 外部網絡受到刺激的電參數電流和電壓（IC 發射）。

必須使用合適的系統（探針組）測量 IC 外殼的電場、磁場參數以及 IC 引腳的射頻電流和電壓。這些是IC的特性。

IC集成電路的EMC測試項目和測試設備 圖 7 通過 IC 的電場和印刷電路板的網絡對電子設備中的干擾發射的刺激

圖 7 通過 IC 的電場和印刷電路板的網絡對電子設備中的干擾發射的刺激

IC EMC磁/電感耦合測試

流過電路板的脈沖干擾電流會產生脈沖磁場。這些磁場 B?St可以耦合到導體回路中并感應出干擾電壓 u?St。脈沖磁場可以通過兩種方式干擾 IC 的功能（圖 8）：

感應電壓會影響作為輸入切換的 IC 引腳。干擾電壓 uSt 在 IC 中被輸入電路轉換為雜散信號，并進一步處理為邏輯信號。

感應電壓驅動干擾電流 i?St進入 IC 的引腳。如果這些是 Vdd/Vss 引腳，則此干擾電流會直接進入 IC 的內部 Vdd/Vss 系統。然而，它也可以通過信號引腳進入，并通過內部驅動器或保護二極管或電容被引導到 IC 內部的 Vdd/Vss 系統。Vdd/Vss 系統將干擾電流傳遞到 IC 的其他功能組件，因此在功能上未連接到受影響引腳的區域可能會出現故障。

IC集成電路的EMC測試項目和測試設備 圖 8 脈沖磁場引起的 IC 干擾

圖 8 脈沖磁場引起的 IC 干擾

IC EMC電/電容耦合測試

模塊可能會暴露在幾個 10,000 V/m 的脈沖電場中（測試設置根據 IEC 61000-4-4），這也會影響電路板網絡（圖 9）。位移電流 D 通過線路的寄生電容流向周圍。連接到線路的 IC 會受到兩種方式的影響：

該網絡本質上在電路板和 IC 中具有電路元件 R、L 和針對 Vdd 和 Vss 的二極管。位移電流在這些元件上產生干擾脈沖 u?St。這種干擾脈沖在 IC 中被輸入電路轉換為寄生信號，并作為邏輯信號進一步處理。

位移電流被分成兩部分。第一部分通過電路板的等效電路和可能存在的任何去耦電容器放電。第二部分干擾電流 i?St通過驅動器或保護二極管流經 IC 到達 Vdd/Vss 系統。它產生類似于磁場耦合的效果。

IC集成電路的EMC測試項目和測試設備 圖 9 脈沖磁場對 IC 的干擾

圖 9 脈沖磁場對 IC 的干擾