輻射發(fā)射（RE）的試行計(jì)算方法

什么是CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法？

大家好！我是ROHM的稻垣。

在第18篇中，我想介紹一下電磁兼容性（EMC）的計(jì)算方法和仿真系列中的輻射發(fā)射（CE： Radiated Emission）的試行計(jì)算方法。該方法是與車(chē)載產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）特性有關(guān)的“CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法”。

CISPR是IEC的下屬組織國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì)（法語(yǔ)：Comité international spécial des perturbations radioélectriques）的縮寫(xiě)。ALSE法是“Absorber-Lined Shielded Enclosure”的縮寫(xiě)，是一種測(cè)量從DUT（測(cè)試對(duì)象：半導(dǎo)體集成電路（LSI））和線(xiàn)束等輻射出的電磁噪聲的方法。

計(jì)算對(duì)象包括車(chē)載蓄電池（Battery）、人工電源網(wǎng)絡(luò)（AN）、線(xiàn)束、DUT（測(cè)試對(duì)象）、接地層等。計(jì)算概念基于IEC 62433標(biāo)準(zhǔn)，支持?jǐn)?shù)據(jù)同化（Data Assimilation），支持降噪（Noise Reduction）。分析方法為電路分析、電磁場(chǎng)分析和數(shù)值分析。

接下來(lái)我按照順序逐一講解。在試行計(jì)算中，分兩個(gè)階段進(jìn)行處理，優(yōu)化（Optimization）和預(yù)測(cè)計(jì)算（Prediction）分別使用shell腳本來(lái)自動(dòng)化處理。第一階段的優(yōu)化（Optimization）按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：

① 針對(duì)半導(dǎo)體集成電路（LSI）的電源電流和負(fù)載電流，通過(guò)PWL（Piecewise Linear，分段線(xiàn)性）波形創(chuàng)建IA模型（電磁干擾模型）。這一步通過(guò)電路分析（瞬態(tài)分析）來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

② 由于使用數(shù)據(jù)同化技術(shù)，因此可以獲取沒(méi)有實(shí)施EMC措施狀態(tài)下的CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法的測(cè)量值。

③ 對(duì)①I(mǎi)A模型（PWL波形）和②測(cè)量值都進(jìn)行降噪處理（上限包絡(luò)處理）。這一步通過(guò)數(shù)值分析來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

④ 在SPICE電路網(wǎng)中描述車(chē)載蓄電池（Battery）和人工電源網(wǎng)絡(luò)（AN），將線(xiàn)束和接地層作為電磁場(chǎng)分析的計(jì)算對(duì)象，創(chuàng)建CAD數(shù)據(jù)。

⑤ 通過(guò)電磁場(chǎng)分析（MoM法：矩量法）來(lái)計(jì)算③和④，可以求得1個(gè)頻率的輻射發(fā)射值（電場(chǎng)：dBμV/m）。

⑥ 到此為止只是計(jì)算值，因此通過(guò)計(jì)算與③中測(cè)量值之間的差異來(lái)校正計(jì)算值。

⑦ 對(duì)所需頻率（例如開(kāi)關(guān)頻率的N次諧波）重復(fù)相同的計(jì)算，將各瞬態(tài)分析的結(jié)果創(chuàng)建為曲線(xiàn)圖（頻率軸），并繪制限值（與AC分析結(jié)果格式相同）。然后，優(yōu)化（Optimization）的計(jì)算結(jié)果顯示出計(jì)算值與測(cè)量值幾乎是完全一致的狀態(tài)。

第二階段的預(yù)測(cè)計(jì)算（Prediction）按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：

⑧ 獲取已實(shí)施EMC措施的半導(dǎo)體集成電路（LSI）的IA模型（PWL波形）。其目的是計(jì)算和預(yù)測(cè)在重新設(shè)計(jì)硅芯片或更改應(yīng)用電路時(shí)電源電流和負(fù)載電流的變化等因素對(duì)減少輻射發(fā)射（RE）有怎樣的效果。

⑨ 對(duì)這個(gè)⑧IA模型（PWL波形）進(jìn)行降噪處理（上限包絡(luò)處理）。

⑩ 將③中的IA模型（PWL波形）替換為⑧中的IA模型（PWL波形），求1個(gè)頻率的輻射發(fā)射值（電場(chǎng)：dBμV/m）。

? 使用優(yōu)化（Optimization）⑥中求得的差值來(lái)校正⑩輻射發(fā)射的計(jì)算值。

? 對(duì)多個(gè)頻率進(jìn)行與⑦相同的計(jì)算。根據(jù)該結(jié)果，即可判斷預(yù)測(cè)計(jì)算（Prediction）是否符合“CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法”。

以上對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，下面給出了一些主要步驟的圖示。

電磁場(chǎng)分析（MoM法）的CAD數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果示例

車(chē)載蓄電池、人工電源網(wǎng)絡(luò)、線(xiàn)束、DUT的描述示例

優(yōu)化（Optimization）結(jié)果，未實(shí)施EMC措施的示例
（黑色：測(cè)量值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)、綠、黃：極限值）

預(yù)測(cè)計(jì)算（Prediction）結(jié)果，實(shí)施了EMC措施的示例
（黑色：測(cè)量值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)、綠、黃：極限值）

在實(shí)際的設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)，在半導(dǎo)體集成電路（LSI）的電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，時(shí)間非常緊張，很難給EMC測(cè)量驗(yàn)證和EMC計(jì)算預(yù)測(cè)上分配大量時(shí)間。對(duì)此，通過(guò)使用相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算模型，可以縮短計(jì)算時(shí)間，同時(shí)，通過(guò)與測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比和整合，還可獲得實(shí)用的計(jì)算精度。此外，通過(guò)（shell）腳本，可在后臺(tái)運(yùn)行電磁場(chǎng)分析和數(shù)值分析，也無(wú)需復(fù)雜的操作。硬件方面也不需要特別高級(jí)的電腦（在本文的試行計(jì)算示例中，CPU：約15min，MEM：100MB以下）。還有一種方法是進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備建模，并利用超級(jí)計(jì)算機(jī)等設(shè)備充分進(jìn)行電磁場(chǎng)分析。這些都是行之有效的方法，但如果您專(zhuān)攻半導(dǎo)體集成電路（LSI），我認(rèn)為類(lèi)似的試行計(jì)算也不失為一種好方法。

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＜書(shū)籍參考頁(yè)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。

輻射發(fā)射（RE）仿真的簡(jiǎn)介：第6章通過(guò)現(xiàn)象驗(yàn)證半導(dǎo)體集成電路的電磁兼容性（2）p.153～

審核編輯黃宇