第19篇 EMC計算方法和EMC仿真（4）
傳導抗擾度（CI）的試行計算方法

什么是IEC 62132-4 DPI法？

大家好！我是ROHM的稻垣。

第19篇是電磁兼容性（EMC）的計算方法和仿真系列的第4篇，我們將介紹傳導抗擾度（CI： Conducted Immunity）的試行計算方法。這是涉及到半導體集成電路的電磁兼容性（EMC）的方法，即“IEC 62132-4 DPI法（Direct RF Power Injection Method，射頻功率直接注入法）”。

DPI法（IEC 62132-4）與150Ω直接耦合法（IEC 61967-4）均為電磁兼容性（EMC）相關的國際標準，常被用作半導體集成電路的EMC測試方法。計算對象包括射頻信號發生器、功率放大器、雙向耦合器、DC模塊（電容元件C）、去耦網絡（電感元件L）、DUT（測試對象）和EMC對策電路（在這里是指電容元件C）等。DPI法規定測試頻率為278個頻率（150kHz-1GHz）。因此，作為一種分析方法，電路分析（瞬態分析）要重復278次，并將分析結果曲線圖繪制在頻率軸上，最終獲得計算結果。此外，這次也將通過基于測量值創建計算機模型（仿真模型）的方法來實現。還需要注意，DPI法的測試結果是通過上述雙向耦合器觀測到的行波功率的功率值（dBm）。在電路分析中，無法直接處理功率值，因此需要花一些工夫。

下面我按照順序來逐一講解。在試行計算中，分兩個階段進行處理，第一階段的IB（誤動作閾值）模型提?。‥xtraction）和第二階段的預測計算（Prediction）分別使用shell腳本來自動完成。第一階段IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）的計算步驟如下。關于IB（誤動作閾值）模型，請參閱“第16篇 EMC計算方法和EMC仿真（1） 計算方法簡介”。

■第一階段：IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）

① 首先，根據上述計算對象制作計算電路圖，即直接連接測試電路使其成為計算電路的示意圖?？梢詤⒖枷嚓P書籍中的電路圖或相關的IEC標準，這樣會更容易理解。由TL（傳輸線）代替雙向耦合器，用LCR測試儀測量DUT（測試對象）引腳之間的阻抗，并根據其電氣特性創建LCR（無源器件）電路。

② 將DPI法測得的功率值換算為電壓值或電流值。在這里將進行50Ω換算。

③ 將②中換算得到的電壓值或電流值作為射頻信號發生器的信號源，通過電路分析（瞬態分析）計算出一個頻率的IB（誤動作閾值）（LSI端電壓或電流）。需要注意的是，DPI法的測試值不是LSI發生誤動作時LSI端的值，而是雙向耦合器的行波功率（這點很重要?。?。

④ 在所有頻率（278）重復③中的操作。只要設置為可以通過（Shell）腳本或宏反復執行，那么即使分析次數很多，也可以一次性執行。將結果保存為文件并在頻率軸上繪制曲線圖，顯示如下：

IB（誤動作閾值）模型的計算示例（電壓換算）

IB（誤動作閾值）模型的計算示例（電流換算）

另外，傳導發射和輻射發射測試中使用的IA（電磁干擾）模型，其本身在數值上也具有通用性。也就是說，即使計算電路圖不同，其數值本身也具有意義。另一方面，請注意，IB（誤動作閾值）模型是被限制的固有電壓值和電流值，值取決于計算電路圖和LSI模型（阻抗特性）。通過與計算電路圖或LSI模型一起使用，它就成為可以在計算機上復現測量時誤動作的計算機模型（仿真模型）。

第二階段的預測計算（Prediction）步驟如下：

■第二階段：IB（誤動作閾值）模型提?。‥xtraction）

⑤ 創建預測計算用的電路。與IB（誤動作閾值）模型提取電路之間的區別在于添加了誤動作判定器（比較器）。這里也同樣，如果能參考書籍中的電路，就會更容易理解。

⑥ 接下來，將射頻信號發生器的信號源設置為阻尼振動波形。對于SPICE而言，創建阻尼振動波形是比較簡單的。但逐漸變大的波形因其處于發散方向而無法設置。

⑦ 在電路分析（瞬態分析）中，執行了1個頻率的分析，即可獲得比如LSI從誤動作狀態轉變為非誤動作狀態的情況。誤動作狀態意味著被施加了射頻信號發生器的較大輸出，達到了高于LSI端IB（誤動作閾值）電平的電壓或電流值。反之，非誤動作狀態意味著電流或電壓值達到了低于LSI端IB（誤動作閾值）電平的程度。因此，從誤動作狀態切換到非誤動作狀態時的射頻信號發生器的電壓或電流值只要保存至文件即可。在所有頻率（278）重復該步驟。

⑧ 將保存的電壓值或電流值進行50Ω換算，換算得到的功率值即為所要的預測值。左下圖為使用與IB（誤動作閾值）模型提取電路相同的電路（沒有EMC對策電路）進行預測計算后的曲線圖。實測值與計算值完全一致！只要計算正確，就必然會得出這樣的結果。

⑨ 右下圖為添加EMC對策電路（在這里為電容元件C）后的預測計算結果。從圖中可以看出，通過添加電容元件，使LSI的誤動作水平得到了改善。

左：IB（誤動作閾值）模型創建電路的預測計算示例
（實測值與計算值一致，黑色：實測值，紅色：計算值，藍綠色：限值）

右：EMC對策電路（添加C=1uF時）的預測計算示例
（黑色：實測值，紅色：計算值，藍綠色：限值）

在實際設計現場，會通過反復研究EMC對策電路，并反復執行這種預測計算，來確定符合IEC標準的應用電路和LSI電路。（在確定EMC對策電路時，要使預測計算值在所有頻率上都大于限值。）

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。

傳導抗擾度（CE）仿真簡介：
第2章 半導體集成電路的工作和電磁兼容特性 pp.41～43
第6章 通過現象驗證半導體集成電路的電磁兼容性（2）pp.147～149，pp.157～159

審核編輯黃宇