輻射發(fā)射（RE）的試行計算方法

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）的計算方法和仿真系列中的輻射發(fā)射（CE： Radiated Emission）的試行計算方法。該方法是與車載產(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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)（AN）、線束、DUT（測試對象）、接地層等。計算概念基于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、電磁場分析和數(shù)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(jìn)行處理，優(yōu)化（Optimization）和預(yù)測計算（Prediction）分別使用shell腳本來自動化處理。第一階段的優(yōu)化（Optimization）按照以下步驟進(jìn)行計算：

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

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

③ 對①IA模型（PWL波形）和②測量值都進(jìn)行降噪處理（上限包絡(luò)處理）。這一步通過數(shù)值分析來獲取數(shù)據(jù)。

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

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(fā)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(guān)頻率的N次諧波）重復(fù)相同的計算，將各瞬態(tài)分析的結(jié)果創(chuàng)建為曲線圖（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）的計算結(jié)果顯示出計算值與測量值幾乎是完全一致的狀態(tài)。

第二階段的預(yù)測計算（Prediction）按照以下步驟進(jìn)行計算：

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

⑨ 對這個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個頻率的輻射發(fā)射值（電場：dBμV/m）。

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

? 對多個頻率進(jìn)行與⑦相同的計算。根據(jù)該結(jié)果，即可判斷預(yù)測計算（Prediction）是否符合“CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法”。

以上對計算方法進(jìn)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(shù)據(jù)和計算結(jié)果示例

車載蓄電池、人工電源網(wǎng)絡(luò)、線束、DUT的描述示例

優(yōu)化（Optimization）結(jié)果，未實施EMC措施的示例
（黑色：測量值，紅色：計算值，藍(lán)、綠、黃：極限值）

預(yù)測計算（Prediction）結(jié)果，實施了EMC措施的示例
（黑色：測量值，紅色：計算值，藍(lán)、綠、黃：極限值）

在實際的設(shè)計現(xiàn)場，在半導(dǎo)體集成電路（LSI）的電路設(shè)計過程中，時間非常緊張，很難給EMC測量驗證和EMC計算預(yù)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(jìn)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(shù)值分析，也無需復(fù)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(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備建模，并利用超級計算機(jī)等設(shè)備充分進(jìn)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(dǎo)體集成電路（LSI），我認(rèn)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(shè)計》，科學(xué)信息出版株式會社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。

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

審核編輯黃宇