集成電路(IC)通常是電子設(shè)備和系統(tǒng)的無意電磁輻射的終來源,然而,IC太小而不能自行輻射。為了輻射足夠強(qiáng)的場以引起干擾問題,必須將能量從IC封裝耦合到用作天線的較大結(jié)構(gòu),例如電路板平面,散熱器或電纜。
能量只能通過三種方式從IC耦合到周圍結(jié)構(gòu):
1.在兩個(gè)或多個(gè)引腳上進(jìn)行;
2.電場耦合;
3.磁場耦合。
傳導(dǎo)耦合
下圖顯示了IC封裝表面正上方的磁場近場掃描。磁場在引線框架上方強(qiáng),電流強(qiáng)。如圖所示,強(qiáng)電流通過VCC和GND引腳流入和流出IC。這是同時(shí)切換噪聲的示例。通過這些引腳從芯片傳導(dǎo)出的高頻電流可以通過激勵(lì)使用該IC的印刷電路板上的電源層或其他較大結(jié)構(gòu)來引起顯著的輻射發(fā)射。注意,雖然下圖中的結(jié)果涉及近磁場的測量,但結(jié)果傳達(dá)了關(guān)于所進(jìn)行的信息耦合。基于近磁場掃描的結(jié)果,不可能量化磁場耦合。
RDR存儲(chǔ)器模塊的近磁場掃描
已經(jīng)提出了幾種測試程序來測量集成電路的傳導(dǎo)噪聲耦合。但是這些測量中的每一個(gè)都加載了被測器件的輸出,其阻抗可能或可能不代表器件在實(shí)際應(yīng)用中將看到的負(fù)載阻抗。使用單個(gè)電壓或電流測量無法完全表征未知源。如果我們想知道在不同情況下會(huì)產(chǎn)生多少傳導(dǎo)噪聲,則需要更多信息。
理論上,電路源可以通過兩次測量完全表征; 開路電壓測量和短路電流測量,實(shí)際上,在高頻下,開路負(fù)載可能具有顯著的電容,而短路負(fù)載可能具有顯著的電感,然而,當(dāng)已知并控制這些寄生電容和電感時(shí),仍然可以使用一個(gè)高阻抗和一個(gè)低阻抗測量來表征源(至少在實(shí)際應(yīng)用中重要的源參數(shù))。
然后可以使用這些測量結(jié)果構(gòu)建戴維寧等效源模型,如下圖所示。由于源電壓取決于包括軟件在內(nèi)的各種因素,應(yīng)在各種情況下測量設(shè)備,并將更糟糕的參數(shù)輸入模型。此外,由于這是單端口測量,因此應(yīng)評(píng)估所有可能的端口(引腳對(duì))。
戴維寧等效來源
當(dāng)負(fù)載阻抗非常高或非常低時(shí),可能難以直接測量電壓和電流,因此,可能需要將高阻抗設(shè)置為幾百歐姆,將低阻抗設(shè)置為幾歐姆。這足以表征感興趣的頻率范圍內(nèi)的大多數(shù)IC源。
圖中的戴維寧等效模型比ICEM和LECCS模型簡單得多,ICEM和LECCS模型具有類似的功能。但是,該模型足以用于許多類型的壞情況排放建模,并且模型的復(fù)雜性與用于推導(dǎo)它的測量數(shù)量一致。
電場耦合
下圖說明了IC的電場耦合示例。在這種情況下,“天線”是一個(gè)大的散熱器被驅(qū)動(dòng)抵靠電路板接地平面。這是一種重要的耦合機(jī)制,IC /封裝結(jié)構(gòu)通過電場耦合耦合的噪聲很大程度上取決于IC和封裝的設(shè)計(jì)。不幸的是,現(xiàn)有的IC的場耦合測量[2,5]不能區(qū)分電場和磁場耦合。因此,測量結(jié)果不能用于表示EM耦合模型中的IC。
近的研究有助于量化IC如何耦合到作為天線的印刷電路板上的結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致輻射發(fā)射問題,從IC發(fā)出的大多數(shù)電通量線被電路板或附近的金屬物體捕獲,并且對(duì)1 GHz以下的輻射發(fā)射沒有顯著貢獻(xiàn)。另一方面,逃離IC /封裝結(jié)構(gòu)的直接環(huán)境的電場線在電纜和底盤部件上引起共模電流。這些共模電流通常是不需要的輻射發(fā)射的原因。
近,研究表明,混合TEM電池測量能夠量化IC /封裝配置的電場耦合電位,TEM單元測量可用于創(chuàng)建表示IC耦合到外部對(duì)象的能力的模型。這些模型可以取代全波系統(tǒng)模型中復(fù)雜的IC /封裝結(jié)構(gòu)。因此,通過單次,可重復(fù)的測量,可以捕獲關(guān)于IC /封裝通過電場將噪聲耦合到外部物體的能力的所有相關(guān)信息。
磁場耦合
上圖說明了IC的磁場耦合示例,在這種情況下,“天線”是在IC的相對(duì)側(cè)上抵靠電路板的一部分驅(qū)動(dòng)的電纜。IC產(chǎn)生的磁通量環(huán)繞電路板并在電路板上產(chǎn)生電壓,能夠?qū)⒏哳l電流驅(qū)動(dòng)到電纜上,從而產(chǎn)生輻射。
用于測量電場耦合的相同混合TEM單元設(shè)置可用于測量磁場耦合,通常,來自IC /封裝結(jié)構(gòu)的磁場在纏繞其他導(dǎo)體(例如電路板的接地平面)時(shí)會(huì)產(chǎn)生輻射發(fā)射問題,并在導(dǎo)體上產(chǎn)生電壓,將共模電流驅(qū)動(dòng)到電纜或其他導(dǎo)電物體上天線。
混合TEM單元測量量化IC /包以這種方式耦合到附近物體的能力,正如電場混合TEM電池測量可用于確定“電矩”; 磁場混合TEM單元測試可用于確定“磁矩”,它可以代表全波模擬中的IC /封裝。
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