エンジニアコラム

第20篇 EMC計算方法和EMC仿真（5）
傳導抗擾度（CI）的試行計算方法

什么是ISO 11452-4標準HE法？

大家好！我是ROHM的稻垣。

第20篇也是關于電磁兼容性（EMC）的計算方法和仿真相關的內容。本文為該系列的第（5）篇，將介紹是傳導抗擾度（CI： Conducted Immunity）的試行計算方法。這是涉及到汽車電子產品的電磁兼容性（EMC）特性的方法，即“ISO 11452-4標準HE法（Harness Excitation Method，線束激勵方法）”。

在ISO 11452-4標準中，HE法包括BCI（Bulk Current Injection，大電流注入）法和TWC（Tubular Wave Coupler，管波耦合）法兩種。這兩種方法都是通過將電磁噪聲施加于線束（模擬車輛中的電線走線），來判定DUT（測試對象）的誤動作程度。BCI法是通過電流注入探頭施加0.1MHz～400MHz電流噪聲的一種測試方法，而TWC法則是通過耦合器施加400MHz～3GHz功率噪聲的測試方法。本文將介紹BCI法的預測計算相關內容。

ISO 11452-4標準的BCI法是一種與上一篇文章中介紹的IEC 62132-4標準的DPI法有很大不同的測試方法。DPI法是一邊上下調整行波功率值，一邊高精度地測量 DUT（測試對象）的抗擾度。而BCI法則是施加比如200mA的電流噪聲，并在所有頻段測試是否會發生誤動作。因此，測試結果會按照每個頻率來判定Pass/Fail。

我認為在進行預測計算時，DPI法更容易處理。如果通過BCI法獲得Pass/Fail的測試結果，我認為如何在電路分析（SPICE仿真）中將結果體現出來是一個很困擾人的問題。在這里，我會對相應內容進行講解。這種BCI法的預測計算是在不使用電磁場分析的情況下進行的。對于可以通過電路分析解決的現象而言，采用BCI法能在短時間內進行預測計算（此次的CPU時間約為2分鐘）。

計算對象包括車載電池、線路阻抗穩定網絡（LISN）、線束（三線制：電源線、接地線、輸出線）、電流注入探頭、負載、EMC對策部件（這里為電容元件C） 、DUT（LSI模型）、電流噪聲源、合規性判斷裝置等。此外，這次也將通過基于測量值創建計算機模型（仿真模型）的方法來實現。

下面我按照順序來逐一講解。在試行計算中，分兩個階段進行處理，第一階段的IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）和第二階段的預測計算（Prediction）分別使用shell腳本來自動完成。第一階段IB（誤動作閾值）模型提?。‥xtraction）的計算步驟如下。

■第一階段：IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）

① 與第19篇中一樣，首先，根據上述計算對象制作計算電路圖，即直接連接測試電路使其成為計算電路的示意圖。電流注入探頭和線束在電路分析中通過變壓器耦合來體現。由于是三線制的，因此通過從屬方式連接3個變壓器，可以將電流噪聲均勻地施加到每條線路上。另外，用LCR測試儀測量DUT（測試對象）LSI引腳之間的阻抗，并根據其電氣特性創建LCR（無源器件）電路（這里是關鍵點?。?。

② 接下來，將測量結果轉換為數值，以便對其進行電路分析。例如，假設施加200mA的電流噪聲時，有Pass的頻率和Fail的頻率。我們將Pass的頻率的測試值設置為200mA，將Fail的頻率的測試值設置為100mA（Pass時的1/2值，也可根據經驗酌情更改）。這樣，我們就成功創建了一個即使在電路分析中也易于處理的數字文件（這也是關鍵點?。?。

③ 將②中得到的電流值作為信號源，通過電路分析（瞬態分析）計算出一個頻率的IB（誤動作閾值）（到達LSI端的電流）。當電流達到大于通過計算得出的電流值時，DUT（測試對象）會發生誤動作；當電流小于通過計算得出的電流值時，不會發生誤動作，該值也就是誤動作閾值。

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

IB（誤動作閾值）模型的計算示例

另外，請注意，IB（誤動作閾值）模型是被限制的固有電流值，值取決于計算電路圖和LSI模型（阻抗特性）。通過與計算電路圖或LSI模型一起使用，它就成為可以在計算機上復現測量時誤動作的計算機模型（仿真模型）。（在這里，根據客戶的要求，支持1MHz～1GHz）

第二階段的預測計算（Prediction）步驟如下：

■第二階段：IB（誤動作閾值）模型提?。‥xtraction）

⑤ 創建預測計算用的電路。與IB（誤動作閾值）模型提取電路之間的區別在于添加了誤動作判定器（比較器）。通過誤動作判定器（比較器）對到達LSI的電流值和IB（誤動作閾值）進行比較。

⑥ 接下來，將電流噪聲的信號源設置為阻尼振動波形。對于SPICE而言，創建阻尼振動波形是比較簡單的。與第19篇DPI法中使用的電流換算方法相同。

⑦ 在電路分析（瞬態分析）中，執行了1個頻率的分析，即可獲得比如LSI從誤動作狀態轉變為非誤動作狀態的情況。在所有頻率重復該步驟。

⑧ 在阻尼振動波形中作為誤動作閾值的電流值，就是所要的預測計算值。左下圖為使用與EMC對策前的IB（誤動作閾值）模型提取電路相同的電路進行預測計算后的曲線圖。實測值和計算值大致相同。低頻部分有較小的計算誤差，這是因為IB（誤動作閾值）模型的值非常小。在高頻側，準確地再現了被判定Fail的100mA的計算值。

⑨ 添加EMC對策電路（這里使用了2個三端電容器C。與普通的二端電容器相比，這種電容器具有寄生電感L更小的特點）后，預測計算的結果如右下圖所示。如果預測計算值達到200mA以上，則表明該值應該是符合標準的預測計算值。特別要注意的是，EMC對策之前的100mA部分，已經被改善到與其他200mA部分同等的水平。如上所述，可以看出，通過添加電容元件，使LSI的誤動作水平得到了改善。

左：IB（誤動作閾值）模型創建電路的預測計算示例
（實測值與計算值大致一致，黑色：實測值，紅色：計算值，藍色：限值）

右：EMC對策電路（添加C=0.1uF和0.47uF時）的預測計算示例
（黑色：實測值，紅色：計算值，藍色：限值）

在該示例中，驗證了1MHz~1GHz、200mA以上的抗誤動作能力。從結果可以看出，無論圖中的藍線（標準限值）怎樣，在所有頻段的抗誤動作能力均有提高。

（在ISO 11452-4標準中，1MHz~400MHz范圍的1MHz~3MHz和200MHz~400MHz的限值稍微寬松一些。此外，在0.1MHz~1MHz也設有限值。）

感謝您閱讀本文。

＜書籍參考頁碼＞
《LSI的EMC設計》，科學信息出版株式會社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。

◆傳導抗擾度（CE）仿真簡介：
第6章 通過現象驗證半導體集成電路的電磁兼容性（2）pp.147~149

審核編輯黃宇