IC集成电路的EMC测试项目和测试设备

IC集成电路的EMC测试项目和测试设备

随着电子设备的日益普及和复杂化，电磁兼容性（EMC）已成为IC设计中不可或缺的重要环节。本文将详细介绍IC集成电路的EMC测试项目、测试设备和测试方法，帮助IC研发人员更好地理解和优化产品的EMC性能。

IC集成电路的用户能够根据其EMC参数比较各种类型的IC，并规定了IC集成电路的EMC测试项目方法和测试设备，这一点很重要。这使得可以选择最佳IC，并且意味着布局设计和器件可以与IC的EMC参数保持一致。

对于IC制造商而言，其产品的良好EMC特性意味着优于竞争对手。因此，IC研发人员应充分了解IC集成电路的EMC测试项目和测试设备，目标是确定那些对EMC抗扰度和辐射起决定性作用的参数，并允许工程师为芯片设计得出结论。

IC集成电路的EMC测试项目

如上图所示，IC EMC根据不同的EMC测试标准分为了四种不同的测试项目：

• IC EMI辐射发射-通过导线传导
• IC EMI辐射发射-通过空间耦合
• IC EMS敏感度测试-通过导线传导
• IC EMS敏感度测试-通过空间和耦合（射频和静电放电）

上图已经直观地显示四种不同IC EMC测试项目的耦合方式，IC研发人员只需要从这四个方面着手准备EMC测试项目立项或在已经有IC emc测试系统的情况下进行EMC整改。

其他相关测试项目

• 现在，参考人体模型，电子元件（IC、晶体管）的ESD强度在规格中引用1到几kV的值是很常见的。对于人体模型（HBM），电容器（100 pF）以测试电压充电，并通过1500欧姆在被测设备上放电。HBM在标准MIL-STD-883G和IEC 801-2中进行了描述。机器模型（MM）是根据相同原理工作的进一步测试模型。
• 这两种模型仅用于验证在生产、包装、运输和组装过程中处理组件时IC的抗破坏性。在MM或HBM测试期间，测试对象永远不会连接到电压，即它不运行。
• 根据人体模型指定的ESD强度与操作期间的ESD行为无关。事实上，为人体模型设计的保护机制（不考虑操作过程中的故障）甚至可能导致IC在功能干扰测试期间出现故障或失效。
• 目前正在开展有关IC的EMC标准、测试方法和限值的工作。
• 设备（资源和设备）的EMC要求已在标准、测试方法和限值中定义。这些器件经过ESD和突发测试（IEC标准61000-4-2/61000-4-4），测试电压在kV范围内。
• 设备中使用的IC和其他半导体最终是干扰发射和缺乏抗扰度的原因。
• IC发出的干扰可以在其接口处进行测量，并在这些测量的基础上进行评估和定义。
• IC具有较低的抗干扰性，其抗扰度水平在伏特范围内。
• 标准测试期间在器件外部引入的脉冲电压在到达IC的过程中会衰减。器件外部的几kV电压在IC引脚处降低到大约1…100 V的电压。这些电压可能会超过IC的抗扰度水平。这意味着与器件测试相比，IC的测试电压必须在1到几百伏的范围内，而不是在kV范围内。只有少数例外（特殊设备）才需要更高的测试电压。

IC集成电路的EMC测试设备

在了解完集成电路需要做哪些EMC测试项目后，我们在来根据测试项目选择合适的IC EMC测试设备或系统。

测试集成电路IC的EMC问题，您需要不同的探头组（图 3）来确定各种EMC参数，用户可以根据使用领域（包括RF、EFT、ESD、DPI、发射1 ohm方法……）选择以下探头组。

另外EUTTEST提供的集成电路电磁兼容测试系统符合最新的IEC标准和国家标准要求，了解更多关于IC EMC测试标准清单。

• 脉冲磁场注入探头ICI HH500-15L-EFT；
• 脉冲电场注入探头ICI E450 L-EFT set ；
• 双脉冲注入探头ICI-DP HH500-15 ；
• 高频电流探头 S750 S603 P622 P603-1；
• 辐射发射电场测试探头 P1702 ；
• 辐射发射磁场测试探头P1602 ；
• EMC测试软件CS-ESA set和ChipScan-ESA ；
• 以上探头的自动测试和位移系统FLS 106 IC set ；
• ICE1 IC测试环境

ICE1 IC测试环境需要作为探针组的最佳测试环境：

• 用于测试IC的测试板，提供测试IC和测试系统之间的统一接口
• 用于触发测试IC的CB 0708连接板
• 提供统一参考电位的GND25接地层
• 此外，根据探头组和相应的工作，可能需要外部设备：
• 干扰发生器（例如EFT/burst）
• 示波器
• 频谱分析仪
• 个人电脑
• 功率放大器

被测IC位于测试装置中的测试板上。过滤连接将测试板连接到位于其下方的CB 0708连接板，该连接板将测试IC连接到PC。可以使用随附的软件控制和监视IC。连接板集成在接地平面中，形成用于测试的固定接地参考系统。探头组中的探头放置在接地平面上，用于通过导电或电容/电感耦合将干扰注入测试IC或测量其发射。根据各自的类型，探头组通过外部干扰发生器（RF、EFT/突发）、频谱分析仪或Langer-EMV的突发电站(BPS)供电和控制。

突发发电站作为附件包含在某些探头组中。探头的脉冲电压、脉冲频率和极性可以通过随附的BPS-Client控制软件进行修改。

使用新的IC EMC测试系统：

使用EUTTEST提供的新的IC EMC测试系统（图 1和图 2）可用于分析IC在（传导和辐射）干扰和/或相应发射的选择性影响下的行为。从该分析中获得的见解有助于半导体制造商优化IC和IC用户克服其电子模块中的弱点。注意：被测试的IC芯片必须能正常工作，且要通过示波器、发送数据包等操作确定其工作状态，然后才能开始测试。

IC进行EMC测试的好处：

IC测试系统让IC用户：

• 在IC级别识别设备中的EMC问题
• 根据获得的见解选择IC和
• 根据IC的EMV参数优化电路和/或布局设计。

IC测试系统让IC制造商能够：

• 测量和检查IC的抗扰度/辐射
• 确定干扰的原因和优化IC EMC问题

IC的EMC参数：

• 每个IC都具有与传导和辐射干扰相关的特征抗扰度。这些是其EMC参数。IC引脚具有传导抗扰度，可以使用探头组中的相应探头进行测量。
• 整个IC具有辐射抗扰度。干扰场可以从外部影响IC，并超过这些对磁场和电场的抗扰度。这些免疫水平是相互独立的。需要产生合适的和定义的场的探头来确定场抗扰度水平。
• 此外，可以通过引脚测量IC的传导干扰发射，并通过IC外壳测量辐射（电和磁近场）发射。测得的曲线是可以用来分析IC的EMC参数。

IC测试系统的设置：

被测IC位于测试装置中的测试板上。过滤连接将测试板链接到位于其下方的连接板，该连接板将测试IC连接到PC。可以使用随附的软件控制和监视IC。连接板位于接地平面的下侧，形成用于测量的固定接地参考系统。探针放置在接地平面上，用于通过导电或电容/电感耦合将干扰注入测试IC或测量其发射。测量连接是通过探头的针脚接触到测试IC的被测针脚进行的。这种小规模的设置和连续的接地层确保测量也可以在GHz范围内进行。

IC EMC测试方法的定义：

我们现在可以使用IC EMC测试设备来根据标准定义的测试方法开展测试了，要注意的是EMC测试人员必须分析设备中的EMC抗扰度和发射机制，所有干扰变量（RF、ESD、EFT、发射、RF发射……）的测试方法均源自该分析。

IC EMC抗干扰测试

器件的测试方法在被测器件中产生电场和磁场。这些场会影响通向IC以及IC外壳的印刷电路板网络。作用在网络上的场会在这些网络中产生电流和电压，这些电流和电压会影响连接的IC。

IC的测试发生器通常必须模拟这些电气和磁性参数。图 6显示了突发或ESD测试台的基本设置。注入被测器件 u G(t)的测试脉冲产生流过器件的电流脉冲 i(t)。这会导致器件中出现电压降 D u(t)。该电压降 D u(t) 在器件中产生电场强度 E(t)。电流 i(t) 在设备中产生脉冲磁场 H(t)。这些场对IC上外部连接的导体轨道（传导）或直接对IC外壳（辐射）有间接影响。

IC EMC干扰发射测试

开关模式IC产生内部RF电流和电压。这些反过来会产生直接从IC外壳逸出的电场或磁场RF场。此外，RF电压和电流可以传输到IC引脚并因此传输到印刷电路板上IC外部的网络，在那里它们产生射频和/或射频场。电场E由图7中的IC和IC的外部网络产生。电场耦合到相邻组件并刺激它发出干扰。在这种情况下，IC的EMC参数是IC发射的电场强度以及IC外部网络受到刺激的电参数电流和电压（IC发射）。

必须使用合适的系统（探针组）测量IC外壳的电场、磁场参数以及IC引脚的射频电流和电压。这些是IC的特性。

IC EMC磁/电感耦合测试

流过电路板的脉冲干扰电流会产生脉冲磁场。这些磁场 B St可以耦合到导体回路中并感应出干扰电压 u St。脉冲磁场可以通过两种方式干扰IC的功能（图 8）：

感应电压会影响作为输入切换的IC引脚。干扰电压 uSt 在IC中被输入电路转换为杂散信号，并进一步处理为逻辑信号。

感应电压驱动干扰电流 i St进入IC的引脚。如果这些是Vdd/Vss引脚，则此干扰电流会直接进入IC的内部Vdd/Vss系统。然而，它也可以通过信号引脚进入，并通过内部驱动器或保护二极管或电容被引导到IC内部的Vdd/Vss系统。Vdd/Vss系统将干扰电流传递到IC的其他功能组件，因此在功能上未连接到受影响引脚的区域可能会出现故障。

IC EMC电/电容耦合测试

模块可能会暴露在几个10,000 V/m的脉冲电场中（测试设置根据IEC 61000-4-4），这也会影响电路板网络（图 9）。位移电流 D 通过线路的寄生电容流向周围。连接到线路的IC会受到两种方式的影响：

该网络本质上在电路板和IC中具有电路元件R、L和针对Vdd和Vss的二极管。位移电流在这些元件上产生干扰脉冲 u St。这种干扰脉冲在IC中被输入电路转换为寄生信号，并作为逻辑信号进一步处理。

位移电流被分成两部分。第一部分通过电路板的等效电路和可能存在的任何去耦电容器放电。第二部分干扰电流 i St通过驱动器或保护二极管流经IC到达Vdd/Vss系统。它产生类似于磁场耦合的效果。