EMC计算方法和EMC仿真（5）
エンジニアコラム
第20篇 EMC计算方法和EMC仿真（5）
传导抗扰度（CI）的试行计算方法
什么是ISO 11452-4标准HE法？
大家好！我是ROHM的稻垣。
第20篇也是关于电磁兼容性（EMC）的计算方法和仿真相关的内容。本文为该系列的第（5）篇，将介绍是传导抗扰度（CI： Conducted Immunity）的试行计算方法。这是涉及到汽车电子产品的电磁兼容性（EMC）特性的方法，即“ISO 11452-4标准HE法（Harness Excitation Method，线束激励方法）”。
在ISO 11452-4标准中，HE法包括BCI（Bulk Current Injection，大电流注入）法和TWC（Tubular Wave Coupler，管波耦合）法两种。这两种方法都是通过将电磁噪声施加于线束（vwin 车辆中的电线走线），来判定DUT（测试对象）的误动作程度。BCI法是通过电流注入探头施加0.1MHz～400MHz电流噪声的一种测试方法，而TWC法则是通过耦合器施加400MHz～3GHz功率噪声的测试方法。本文将介绍BCI法的预测计算相关内容。
ISO 11452-4标准的BCI法是一种与上一篇文章中介绍的IEC 62132-4标准的DPI法有很大不同的测试方法。DPI法是一边上下调整行波功率值，一边高精度地测量 DUT（测试对象）的抗扰度。而BCI法则是施加比如200mA的电流噪声，并在所有频段测试是否会发生误动作。因此，测试结果会按照每个频率来判定Pass/Fail。
我认为在进行预测计算时，DPI法更容易处理。如果通过BCI法获得Pass/Fail的测试结果，我认为如何在电路分析（SPICE仿真）中将结果体现出来是一个很困扰人的问题。在这里，我会对相应内容进行讲解。这种BCI法的预测计算是在不使用电磁场分析的情况下进行的。对于可以通过电路分析解决的现象而言，采用BCI法能在短时间内进行预测计算（此次的CPU时间约为2分钟）。
计算对象包括车载电池、线路阻抗稳定网络（LISN）、线束（三线制：电源线、接地线、输出线）、电流注入探头、负载、EMC对策部件（这里为电容元件C） 、DUT（LSI模型）、电流噪声源、合规性判断装置等。此外，这次也将通过基于测量值创建计算机模型（仿真模型）的方法来实现。
下面我按照顺序来逐一讲解。在试行计算中，分两个阶段进行处理，第一阶段的IB（误动作阈值）模型提取（Extraction）和第二阶段的预测计算（Prediction）分别使用shell脚本来自动完成。第一阶段IB（误动作阈值）模型提取（Extraction）的计算步骤如下。
■第一阶段：IB（误动作阈值）模型提取（Extraction）
① 与第19篇中一样，首先，根据上述计算对象制作计算电路图，即直接连接测试电路使其成为计算电路的示意图。电流注入探头和线束在电路分析中通过变压器耦合来体现。由于是三线制的，因此通过从属方式连接3个变压器，可以将电流噪声均匀地施加到每条线路上。另外，用LCR测试仪测量DUT（测试对象）LSI引脚之间的阻抗，并根据其电气特性创建LCR（无源器件）电路（这里是关键点！）。
② 接下来，将测量结果转换为数值，以便对其进行电路分析。例如，假设施加200mA的电流噪声时，有Pass的频率和Fail的频率。我们将Pass的频率的测试值设置为200mA，将Fail的频率的测试值设置为100mA（Pass时的1/2值，也可根据经验酌情更改）。这样，我们就成功创建了一个即使在电路分析中也易于处理的数字文件（这也是关键点！）。
③ 将②中得到的电流值作为信号源，通过电路分析（瞬态分析）计算出一个频率的IB（误动作阈值）（到达LSI端的电流）。当电流达到大于通过计算得出的电流值时，DUT（测试对象）会发生误动作；当电流小于通过计算得出的电流值时，不会发生误动作，该值也就是误动作阈值。
④ 在所有频率重复③中的操作。只要设置为可以通过（Shell）脚本或宏反复执行，那么即使分析次数很多，也可以一次性执行。将结果保存为文件并在频率轴上绘制曲线图，显示如下：
IB（误动作阈值）模型的计算示例
另外，请注意，IB（误动作阈值）模型是被限制的固有电流值，值取决于计算电路图和LSI模型（阻抗特性）。通过与计算电路图或LSI模型一起使用，它就成为可以在计算机上复现测量时误动作的计算机模型（仿真模型）。（在这里，根据客户的要求，支持1MHz～1GHz）
第二阶段的预测计算（Prediction）步骤如下：
■第二阶段：IB（误动作阈值）模型提取（Extraction）
⑤ 创建预测计算用的电路。与IB（误动作阈值）模型提取电路之间的区别在于添加了误动作判定器（比较器）。通过误动作判定器（比较器）对到达LSI的电流值和IB（误动作阈值）进行比较。
⑥ 接下来，将电流噪声的信号源设置为阻尼振动波形。对于SPICE而言，创建阻尼振动波形是比较简单的。与第19篇DPI法中使用的电流换算方法相同。
⑦ 在电路分析（瞬态分析）中，执行了1个频率的分析，即可获得比如LSI从误动作状态转变为非误动作状态的情况。在所有频率重复该步骤。
⑧ 在阻尼振动波形中作为误动作阈值的电流值，就是所要的预测计算值。左下图为使用与EMC对策前的IB（误动作阈值）模型提取电路相同的电路进行预测计算后的曲线图。实测值和计算值大致相同。低频部分有较小的计算误差，这是因为IB（误动作阈值）模型的值非常小。在高频侧，准确地再现了被判定Fail的100mA的计算值。
⑨ 添加EMC对策电路（这里使用了2个三端电容器C。与普通的二端电容器相比，这种电容器具有寄生电感L更小的特点）后，预测计算的结果如右下图所示。如果预测计算值达到200mA以上，则表明该值应该是符合标准的预测计算值。特别要注意的是，EMC对策之前的100mA部分，已经被改善到与其他200mA部分同等的水平。如上所述，可以看出，通过添加电容元件，使LSI的误动作水平得到了改善。
左：IB（误动作阈值）模型创建电路的预测计算示例
（实测值与计算值大致一致，黑色：实测值，红色：计算值，蓝色：限值）
右：EMC对策电路（添加C=0.1uF和0.47uF时）的预测计算示例
（黑色：实测值，红色：计算值，蓝色：限值）
在该示例中，验证了1MHz~1GHz、200mA以上的抗误动作能力。从结果可以看出，无论图中的蓝线（标准限值）怎样，在所有频段的抗误动作能力均有提高。
（在ISO 11452-4标准中，1MHz~400MHz范围的1MHz~3MHz和200MHz~400MHz的限值稍微宽松一些。此外，在0.1MHz~1MHz也设有限值。）
感谢您阅读本文。
＜书籍参考页码＞
《LSI的EMC设计》，科学信息出版株式会社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。
◆传导抗扰度（CE）仿真简介：
第6章 通过现象验证半导体集成电路的电磁兼容性（2）pp.147~149
审核编辑黄宇
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