輻射發射（RE）的試行計算方法

什么是CISPR25標準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）的計算方法和仿真系列中的輻射發射（CE： Radiated Emission）的試行計算方法。該方法是與車載產品的電磁兼容性（EMC）特性有關的“CISPR25標準ALSE法”。

CISPR是IEC的下屬組織國際無線電干擾特別委員會（法語：Comité international spécial des perturbations radioélectriques）的縮寫。ALSE法是“Absorber-Lined Shielded Enclosure”的縮寫，是一種測量從DUT（測試對象：半導體集成電路（LSI））和線束等輻射出的電磁噪聲的方法。

計算對象包括車載蓄電池（Battery）、人工電源網絡（AN）、線束、DUT（測試對象）、接地層等。計算概念基于IEC 62433標準，支持數據同化（Data Assimilation），支持降噪（Noise Reduction）。分析方法為電路分析、電磁場分析和數值分析。

接下來我按照順序逐一講解。在試行計算中，分兩個階段進行處理，優化（Optimization）和預測計算（Prediction）分別使用shell腳本來自動化處理。第一階段的優化（Optimization）按照以下步驟進行計算：

① 針對半導體集成電路（LSI）的電源電流和負載電流，通過PWL（Piecewise Linear，分段線性）波形創建IA模型（電磁干擾模型）。這一步通過電路分析（瞬態分析）來獲取數據。

② 由于使用數據同化技術，因此可以獲取沒有實施EMC措施狀態下的CISPR25標準ALSE法的測量值。

③ 對①IA模型（PWL波形）和②測量值都進行降噪處理（上限包絡處理）。這一步通過數值分析來獲取數據。

④ 在SPICE電路網中描述車載蓄電池（Battery）和人工電源網絡（AN），將線束和接地層作為電磁場分析的計算對象，創建CAD數據。

⑤ 通過電磁場分析（MoM法：矩量法）來計算③和④，可以求得1個頻率的輻射發射值（電場：dBμV/m）。

⑥ 到此為止只是計算值，因此通過計算與③中測量值之間的差異來校正計算值。

⑦ 對所需頻率（例如開關頻率的N次諧波）重復相同的計算，將各瞬態分析的結果創建為曲線圖（頻率軸），并繪制限值（與AC分析結果格式相同）。然后，優化（Optimization）的計算結果顯示出計算值與測量值幾乎是完全一致的狀態。

第二階段的預測計算（Prediction）按照以下步驟進行計算：

⑧ 獲取已實施EMC措施的半導體集成電路（LSI）的IA模型（PWL波形）。其目的是計算和預測在重新設計硅芯片或更改應用電路時電源電流和負載電流的變化等因素對減少輻射發射（RE）有怎樣的效果。

⑨ 對這個⑧IA模型（PWL波形）進行降噪處理（上限包絡處理）。

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個頻率的輻射發射值（電場：dBμV/m）。

? 使用優化（Optimization）⑥中求得的差值來校正⑩輻射發射的計算值。

? 對多個頻率進行與⑦相同的計算。根據該結果，即可判斷預測計算（Prediction）是否符合“CISPR25標準ALSE法”。

以上對計算方法進行了簡要說明，下面給出了一些主要步驟的圖示。

電磁場分析（MoM法）的CAD數據和計算結果示例

車載蓄電池、人工電源網絡、線束、DUT的描述示例

優化（Optimization）結果，未實施EMC措施的示例
（黑色：測量值，紅色：計算值，藍、綠、黃：極限值）

預測計算（Prediction）結果，實施了EMC措施的示例
（黑色：測量值，紅色：計算值，藍、綠、黃：極限值）

在實際的設計現場，在半導體集成電路（LSI）的電路設計過程中，時間非常緊張，很難給EMC測量驗證和EMC計算預測上分配大量時間。對此，通過使用相對簡單的計算模型，可以縮短計算時間，同時，通過與測量值進行對比和整合，還可獲得實用的計算精度。此外，通過（shell）腳本，可在后臺運行電磁場分析和數值分析，也無需復雜的操作。硬件方面也不需要特別高級的電腦（在本文的試行計算示例中，CPU：約15min，MEM：100MB以下）。還有一種方法是進行詳細的設備建模，并利用超級計算機等設備充分進行電磁場分析。這些都是行之有效的方法，但如果您專攻半導體集成電路（LSI），我認為類似的試行計算也不失為一種好方法。

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。

輻射發射（RE）仿真的簡介：第6章通過現象驗證半導體集成電路的電磁兼容性（2）p.153～

審核編輯黃宇