第19篇 EMC計(jì)算方法和EMC仿真（4）
傳導(dǎo)抗擾度（CI）的試行計(jì)算方法

什么是IEC 62132-4 DPI法？

大家好！我是ROHM的稻垣。

第19篇是電磁兼容性（EMC）的計(jì)算方法和仿真系列的第4篇，我們將介紹傳導(dǎo)抗擾度（CI： Conducted Immunity）的試行計(jì)算方法。這是涉及到半導(dǎo)體集成電路的電磁兼容性（EMC）的方法，即“IEC 62132-4 DPI法（Direct RF Power Injection Method，射頻功率直接注入法）”。

DPI法（IEC 62132-4）與150Ω直接耦合法（IEC 61967-4）均為電磁兼容性（EMC）相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)，常被用作半導(dǎo)體集成電路的EMC測試方法。計(jì)算對(duì)象包括射頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、雙向耦合器、DC模塊（電容元件C）、去耦網(wǎng)絡(luò)（電感元件L）、DUT（測試對(duì)象）和EMC對(duì)策電路（在這里是指電容元件C）等。DPI法規(guī)定測試頻率為278個(gè)頻率（150kHz-1GHz）。因此，作為一種分析方法，電路分析（瞬態(tài)分析）要重復(fù)278次，并將分析結(jié)果曲線圖繪制在頻率軸上，最終獲得計(jì)算結(jié)果。此外，這次也將通過基于測量值創(chuàng)建計(jì)算機(jī)模型（仿真模型）的方法來實(shí)現(xiàn)。還需要注意，DPI法的測試結(jié)果是通過上述雙向耦合器觀測到的行波功率的功率值（dBm）。在電路分析中，無法直接處理功率值，因此需要花一些工夫。

下面我按照順序來逐一講解。在試行計(jì)算中，分兩個(gè)階段進(jìn)行處理，第一階段的IB（誤動(dòng)作閾值）模型提?。‥xtraction）和第二階段的預(yù)測計(jì)算（Prediction）分別使用shell腳本來自動(dòng)完成。第一階段IB（誤動(dòng)作閾值）模型提?。‥xtraction）的計(jì)算步驟如下。關(guān)于IB（誤動(dòng)作閾值）模型，請參閱“第16篇 EMC計(jì)算方法和EMC仿真（1） 計(jì)算方法簡介”。

■第一階段：IB（誤動(dòng)作閾值）模型提?。‥xtraction）

① 首先，根據(jù)上述計(jì)算對(duì)象制作計(jì)算電路圖，即直接連接測試電路使其成為計(jì)算電路的示意圖。可以參考相關(guān)書籍中的電路圖或相關(guān)的IEC標(biāo)準(zhǔn)，這樣會(huì)更容易理解。由TL（傳輸線）代替雙向耦合器，用LCR測試儀測量DUT（測試對(duì)象）引腳之間的阻抗，并根據(jù)其電氣特性創(chuàng)建LCR（無源器件）電路。

② 將DPI法測得的功率值換算為電壓值或電流值。在這里將進(jìn)行50Ω換算。

③ 將②中換算得到的電壓值或電流值作為射頻信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)源，通過電路分析（瞬態(tài)分析）計(jì)算出一個(gè)頻率的IB（誤動(dòng)作閾值）（LSI端電壓或電流）。需要注意的是，DPI法的測試值不是LSI發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)LSI端的值，而是雙向耦合器的行波功率（這點(diǎn)很重要?。?。

④ 在所有頻率（278）重復(fù)③中的操作。只要設(shè)置為可以通過（Shell）腳本或宏反復(fù)執(zhí)行，那么即使分析次數(shù)很多，也可以一次性執(zhí)行。將結(jié)果保存為文件并在頻率軸上繪制曲線圖，顯示如下：

IB（誤動(dòng)作閾值）模型的計(jì)算示例（電壓換算）

IB（誤動(dòng)作閾值）模型的計(jì)算示例（電流換算）

另外，傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射測試中使用的IA（電磁干擾）模型，其本身在數(shù)值上也具有通用性。也就是說，即使計(jì)算電路圖不同，其數(shù)值本身也具有意義。另一方面，請注意，IB（誤動(dòng)作閾值）模型是被限制的固有電壓值和電流值，值取決于計(jì)算電路圖和LSI模型（阻抗特性）。通過與計(jì)算電路圖或LSI模型一起使用，它就成為可以在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)測量時(shí)誤動(dòng)作的計(jì)算機(jī)模型（仿真模型）。

第二階段的預(yù)測計(jì)算（Prediction）步驟如下：

■第二階段：IB（誤動(dòng)作閾值）模型提取（Extraction）

⑤ 創(chuàng)建預(yù)測計(jì)算用的電路。與IB（誤動(dòng)作閾值）模型提取電路之間的區(qū)別在于添加了誤動(dòng)作判定器（比較器）。這里也同樣，如果能參考書籍中的電路，就會(huì)更容易理解。

⑥ 接下來，將射頻信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)源設(shè)置為阻尼振動(dòng)波形。對(duì)于SPICE而言，創(chuàng)建阻尼振動(dòng)波形是比較簡單的。但逐漸變大的波形因其處于發(fā)散方向而無法設(shè)置。

⑦ 在電路分析（瞬態(tài)分析）中，執(zhí)行了1個(gè)頻率的分析，即可獲得比如LSI從誤動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦`動(dòng)作狀態(tài)的情況。誤動(dòng)作狀態(tài)意味著被施加了射頻信號(hào)發(fā)生器的較大輸出，達(dá)到了高于LSI端IB（誤動(dòng)作閾值）電平的電壓或電流值。反之，非誤動(dòng)作狀態(tài)意味著電流或電壓值達(dá)到了低于LSI端IB（誤動(dòng)作閾值）電平的程度。因此，從誤動(dòng)作狀態(tài)切換到非誤動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的射頻信號(hào)發(fā)生器的電壓或電流值只要保存至文件即可。在所有頻率（278）重復(fù)該步驟。

⑧ 將保存的電壓值或電流值進(jìn)行50Ω換算，換算得到的功率值即為所要的預(yù)測值。左下圖為使用與IB（誤動(dòng)作閾值）模型提取電路相同的電路（沒有EMC對(duì)策電路）進(jìn)行預(yù)測計(jì)算后的曲線圖。實(shí)測值與計(jì)算值完全一致！只要計(jì)算正確，就必然會(huì)得出這樣的結(jié)果。

⑨ 右下圖為添加EMC對(duì)策電路（在這里為電容元件C）后的預(yù)測計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，通過添加電容元件，使LSI的誤動(dòng)作水平得到了改善。

左：IB（誤動(dòng)作閾值）模型創(chuàng)建電路的預(yù)測計(jì)算示例
（實(shí)測值與計(jì)算值一致，黑色：實(shí)測值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)綠色：限值）

右：EMC對(duì)策電路（添加C=1uF時(shí)）的預(yù)測計(jì)算示例
（黑色：實(shí)測值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)綠色：限值）

在實(shí)際設(shè)計(jì)現(xiàn)場，會(huì)通過反復(fù)研究EMC對(duì)策電路，并反復(fù)執(zhí)行這種預(yù)測計(jì)算，來確定符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用電路和LSI電路。（在確定EMC對(duì)策電路時(shí)，要使預(yù)測計(jì)算值在所有頻率上都大于限值。）

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＜書籍參考頁碼＞
《LSI的EMC設(shè)計(jì)》，科學(xué)信息出版株式會(huì)社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。

傳導(dǎo)抗擾度（CE）仿真簡介：
第2章 半導(dǎo)體集成電路的工作和電磁兼容特性 pp.41～43
第6章 通過現(xiàn)象驗(yàn)證半導(dǎo)體集成電路的電磁兼容性（2）pp.147～149，pp.157～159

審核編輯黃宇