IC 集成电路EMC DPI测试方法

前言：

IC 的 EMC 标准 (IEC 62132) 为此类表征提供了三种典型的测量方法：DPI（直接功率注入）方法、TEM 单元（横向电磁单元）方法和 IC 带状线的使用。

本文更详细地研究了 DPI 测试方法。此外，它还解释了用作扩展此方法的起点的限制。

使用扩展方法获得的参数描述了 IC 对其未来实际使用的抗扰度。IC 用户可以将这些抗扰度参数作为为特定电子系统选择合适 IC 的基础，并作为印刷电路板开发中 EMC 设计的基础。此外，IC 制造商可以使用这些信息来缩小和消除芯片中的弱点。本文还提供了一个实际示例：正在使用扩展 DPI 测试方法检查 LIN 收发器。

DPI 测试方法的进一步发展

根据 IEC 62132-4（图 1）的 DPI 方法已在实践中证明成功地评估 IC 的 EMC 抗扰度。

图 1 DPI-Methode nach der IEC 62132-4

RF 通过传导耦合注入到单个 IC 引脚。RF 电流通过 50 欧姆的线路和耦合电容器从功率放大器流到相应的引脚。RF 干扰的强度由使用定向耦合器测量的正向功率决定。如果 IC 中 RF 引起的温度升高导致其故障，则功率是正确的物理评估参数。

然而，其他RF干扰事件可能与馈入的功率无关。例如，振荡器可能停止或解调可能发生在运算放大器、晶体管或二极管中。这些干扰机制仅在很小程度上依赖于 IC 中转换的功率，但它们是由基本物理参数直接触发的，例如 RF 电流和电压（例如：RF 电流的解调）。干扰电压或干扰电流也是负责在其他 EMC 测试领域（例如突发或 ESD 测试）中驱动被测设备中的相应干扰事件的参数。大电流或高电压不一定伴随大功率。

测试半导体时，匹配取决于开关状态。此外，还必须考虑切换边缘及其自身的失配特性。平均 P_前向、P_后向功率测量不提供任何与 u(t) 和 i(t) 参数相关的系统信息。但是，RF 电流和电压随时间的变化对于获得新见解（例如识别 IC 中的弱点以及组织 IC 设计和印刷电路板开发中的对策）至关重要。

用电流表和电压表测量干扰

微控制器电源引脚的欧姆电阻通常很小。它可以在毫欧和欧姆之间的范围内。几个 nF 的电容可以集成在 IC 中，该 IC 还提供 100 MHz 或更高频率下欧姆范围内的阻抗。IC 的线路电感产生相似的值。因此，IC 的内阻非常低，因此可能比功率放大器的 50 欧姆源小得多。这意味着功率放大器在短路条件下运行，然后提供最大电流。馈入电流会干扰 IC 功能，但瓦特计仅显示几毫瓦。因此，根据功率评估，IC 被评估为太弱和错误分类。

其他 IC 引脚的阻抗也可能在毫欧和千欧之间。系统接近 IC 阻抗 < 50 ω 的短路条件和阻抗 > 50 ω 的开路条件。像高压技术中的常见做法一样，在准开路电压下进行抗扰度测试是不可能通过将 RF 注入 IC 来进行的。引脚上的电流和电压条件基于整个系统，必须直接在引脚上测量（图 2）。

图 2用于测量引脚上的电流和电压条件的测量设置

这种电气短路测量设置避免了可能在通往功率放大器的线路上产生的驻波的计量困难。

这个例子清楚地表明 RF 电流和 RF 电压是 IC 评估的决定性参数。

图 3和图4显示了测量设置（在下文中称为“ P500探头测量系统”）。

图3 和 图4 使用P500探头的 测量设置

RF 干扰从功率放大器流入 IC 引脚，通过连接的P500探头进行评估。该探头还集成了一个电流表和电压表，以便可以用示波器测量电流、电压和相角。被测设备的功率、阻抗和其他参数可以从测量值计算出来。

获得的参数允许工程师根据相应电子系统中 IC 的 EMC 得出更详细的结论。例如，在高电流强度下发生的故障通常是由于磁耦合，而在高电压下发生的故障将是由于电容耦合。新的测量方法允许测量通常功率测量无法检测到的无功电流，并提供否则不可能的详细物理洞察力。这种具有集成电流和电压测量功能的新型 RF 注入方法非常有利于 IC 开发。

LIN 收发器的研究

可以从P500探针测量系统获得的结果为每个单独的 IC 引脚推导出 RF 等效电路。然而，引脚的阻抗不仅取决于信号的开关状态，还取决于 RF 发生器电压。在P500探针用于注入少量的RF电平到销。例如，这些干扰必须足够低，以防止保护二极管开路和额外的电流路径和元件变得有效。根据用示波器测量的 U、I 和 φ 值，IC 的电阻和电抗可以确定为频率的函数。如果没有占主导地位的容性或感性份额，则电抗可以分为 X _C和 X _L通过计算。这需要在不同频率下进行测量。

通过对IC引脚的高频/低频电流电压分析，可以发现IC的薄弱点。例如，高频电压可能导致二极管路径开路，从而导致阻抗发生变化。

该测量系统可用于各种实际分析。例如，它允许可视化时变的非正弦高频电流和电压波形（图 5）。

图 5 使用P500探头 测量的时变非正弦高频电流和电压波形

一旦达到内部二极管的正向电压，额外的电流路径就会打开。IC 的阻抗下降，电流增加，电压可以被限制（反馈到供电网络）。当二极管打开时，新的耦合路径会变得有效。流经二极管的电流进入其他网络部分并在那里作为整流电流起作用。这些电流或电压叠加了有用的信号，例如 LIN 驱动器的触发或控制信号，并导致 FET 进入阻塞、开路或未定义状态。通过分析作为时间函数的电流和电压，可以进一步阐明 IC 的内部作用机制。制造商可以推出有针对性的 IC 改进，用户可以为 IC 的实际使用推导出 EMC 对策。

模块开发的结论

例如，如果射频电流通过布局中的内部耦合路径耦合到敏感引脚，敏感 IC 可能成为干扰的受害者。RF电流可以通过相应的线路连接从车载网络插头流到LIN收发器的V _bat引脚。RF 电流也可能通过 GND 系统到达 GND 引脚，特别是在两层印刷电路板的分段 GND 中。该耦合路径可以通过全面接触 GND 系统进行阻断。此外，隔直电容器必须在 V _bat上有足够的尺寸. 推荐选择包含一个电感器和两个滤波电容器（PI 滤波器）的滤波器结构。滤波器可防止 RF 电流到达敏感引脚。如果已知V _bat引脚非常敏感，则可以在开发之初就采取适当的措施。

对包含 LIN 收发器的模块进行干扰抑制实际上很困难，因为必须识别最终导致 IC 干扰的各个引脚。如果 IC 有几个敏感引脚都导致其故障，情况就变得不清楚了。由于耦合到其他引脚，单个措施的有效性被隐藏。如果知道 IC 的敏感引脚，甚至在开始实际 EMC 工作之前，就可以在正确的位置采取可靠的对策。因此可以更快速、更轻松地控制 IC 的 EMC 问题。