EMC计算方法和EMC仿真（4）
第19篇 EMC计算方法和EMC仿真（4）
传导抗扰度（CI）的试行计算方法
什么是IEC 62132-4 DPI法？
大家好！我是ROHM的稻垣。
第19篇是电磁兼容性（EMC）的计算方法和仿真系列的第4篇，我们将介绍传导抗扰度（CI： Conducted Immunity）的试行计算方法。这是涉及到半导体集成电路的电磁兼容性（EMC）的方法，即“IEC 62132-4 DPI法（Direct RF Power Injection Method，射频功率直接注入法）”。
DPI法（IEC 62132-4）与150Ω直接耦合法（IEC 61967-4）均为电磁兼容性（EMC）相关的国际标准，常被用作半导体集成电路的EMC测试方法。计算对象包括射频信号发生器、功率放大器、双向耦合器、DC模块（电容元件C）、去耦网络（电感元件L）、DUT（测试对象）和EMC对策电路（在这里是指电容元件C）等。DPI法规定测试频率为278个频率（150kHz-1GHz）。因此，作为一种分析方法，电路分析（瞬态分析）要重复278次，并将分析结果曲线图绘制在频率轴上，最终获得计算结果。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。还需要注意，DPI法的测试结果是通过上述双向耦合器观测到的行波功率的功率值（dBm）。在电路分析中，无法直接处理功率值，因此需要花一些工夫。
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。关于IB（误动作阈值）模型，请参阅“第16篇 EMC计算方法和EMC仿真（1） 计算方法简介”。
■第一阶段：IB（误动作阈值）模型提取（Extraction）
① 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。可以参考相关书籍中的电路图或相关的IEC标准，这样会更容易理解。由TL（传输线）代替双向耦合器，用LCR测试仪测量DUT（测试对象）引脚之间的阻抗，并根据其电气特性创建LCR（无源器件）电路。
② 将DPI法测得的功率值换算为电压值或电流值。在这里将进行50Ω换算。
③ 将②中换算得到的电压值或电流值作为射频信号发生器的信号源，通过电路分析（瞬态分析）计算出一个频率的IB（误动作阈值）（LSI端电压或电流）。需要注意的是，DPI法的测试值不是LSI发生误动作时LSI端的值，而是双向耦合器的行波功率（这点很重要！）。
④ 在所有频率（278）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（电压换算）
IB（误动作阈值）模型的计算示例（电流换算）
另外，传导发射和辐射发射测试中使用的IA（电磁干扰）模型，其本身在数值上也具有通用性。也就是说，即使计算电路图不同，其数值本身也具有意义。另一方面，请注意，IB（误动作阈值）模型是被限制的固有电压值和电流值，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）。
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）。这里也同样，如果能参考书籍中的电路，就会更容易理解。
⑥ 接下来，将射频信号发生器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。但逐渐变大的波形因其处于发散方向而无法设置。
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。误动作状态意味着被施加了射频信号发生器的较大输出，达到了高于LSI端IB（误动作阈值）电平的电压或电流值。反之，非误动作状态意味着电流或电压值达到了低于LSI端IB（误动作阈值）电平的程度。因此，从误动作状态切换到非误动作状态时的射频信号发生器的电压或电流值只要保存至文件即可。在所有频率（278）重复该步骤。
⑧ 将保存的电压值或电流值进行50Ω换算，换算得到的功率值即为所要的预测值。左下图为使用与IB（误动作阈值）模型提取电路相同的电路（没有EMC对策电路）进行预测计算后的曲线图。实测值与计算值完全一致！只要计算正确，就必然会得出这样的结果。
⑨ 右下图为添加EMC对策电路（在这里为电容元件C）后的预测计算结果。从图中可以看出，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
（实测值与计算值一致，黑色：实测值，红色：计算值，蓝绿色：限值）
右：EMC对策电路（添加C=1uF时）的预测计算示例
（黑色：实测值，红色：计算值，蓝绿色：限值）
在实际设计现场，会通过反复研究EMC对策电路，并反复执行这种预测计算，来确定符合IEC标准的应用电路和LSI电路。（在确定EMC对策电路时，要使预测计算值在所有频率上都大于限值。）
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2章 半导体集成电路的工作和电磁兼容特性 pp.41～43
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，pp.157～159
审核编辑黄宇
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