Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20081
Évolution de la CEM des composants
Frédéric LafonEMC Expert
Frédéric LafonEMC Expert
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20082
Sommaire
Introduction
Statut sur la normalisation – UTE 47A
Hot topics
ICIM
ESD
Conclusions / perspectives
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20085
Introduction
Quelques dates:
1993 : le TC93 (Automatisation de la conception) crée
un groupe UTE/CEF 93-GT5 "banque de données
composants" avec expression du besoin d'étendre
ses activités à la CEM
1997 : Création du groupe IEC – SC47A - WG9 : "EMC
Measurement methods for Integrated circuits"
1998 : Proposition ICEM dans le WG6
2000 : Proposition de ICEM dans le WG2
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20086
Introduction
Première approche – Top down
Les méthodes d'essais doivent alors permettre:
La validation d'un composant sur des critères (…)
La comparaison de performances CEM entre CI
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20087
Introduction
Seconde approche – Bottom up
"Component measurement should characterize the source in order
to build models that can be used at system level.
Otherwise they are mostly useless" – Todd Hubing – Clemson University
Les méthodes d'essais
doivent alors permettre la
caractérisation du
composant en vu d'une
extraction d'informations
permettant la création
d'un modèle
Ces modèles doivent avoir
une structure normalisée,
pour l'émission (ICEM),
l'immunité (ICIM), ESD etc.
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 20089
Statut des normes sur les méthodes
En émission – IEC 61967 (150 kHz – 1 GHz)
IEC 61967-6 (Magnetic probe)
Published
IEC 61967-5 (WBFC)
Published
IEC 61967-4 (1 ΩΩΩΩ / 150 ΩΩΩΩ)
Published 2/13/06
IEC 61967-3 (Surface Scan)
published 6/10/2005
IEC 61967-2 (TEM)
published 9/29/2005
Usable for modeling - RE Usable for modeling - RE Usable for modeling - CE
Usable for modeling - CE
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200810
Statut des normes sur les méthodes
En Immunité – IEC 62132 (150 kHz – 1 GHz)
IEC 62132-5 (WBFC)
Published 10/10/2005
IEC 62132-4 (DPI)
Published 2/27/06
IEC 62132-3 (BCI)
published
IEC 62132-2 (TEM)
published
Usable for modeling - CI
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200811
Nouveaux besoins – nouvelles méthodes
En émission – besoin au-delà de 1 GHzIC – Stripline (150 kHz – 3/6 GHz)
NP : IEC – 61967-8
Mode Stirred Chamber method (…-18 GHz)
NP : IEC 61967-7
LIHA (1-10 GHz)
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200812
Nouveaux besoins – nouvelles méthodes
En immunité – besoin au-delà de 1 GHzMode Stirred Chamber method (…-18 GHz)
NP : IEC 62132-7
LIHA (1-10 GHz)
NP : IEC 62132-6
IC – Stripline (150 kHz – 3/6 GHz)
NP : IEC – 62132-8
Near Field scan (150 kHz – xx GHz)
NP : IEC – 62132-9
DPI (1 MHz – 3 (?) GHz)
Extension de la plage
de fréquence
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200813
Modèles CEM
ICEM-CE – IEC 62433-2 (Integrated Circuit Emission Model): FDV
ICEM-RE – IEC 62433-3 : Modèle rayonné: NP
ICIM (Integrated Circuit Immunity Model): NPPDN
RF
Disturbances
Passive elements
IB
Active elements
Residual
disturbances
Σ,Π
Behavioural
output
V0, I0
TPDN TIB
V1, I1 V2, I2
RF_Dist >=?
ICIM-CI
IB
Immunity Criteria
Pass/FailPDN PDN >=?
Immunity Criteria
IBICIM-CI
Pass/FailRF_Dist
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200815
ICIM
Travaux sur l'immunité composant
Exemple d'un driver LIN en DPI – Fonctions de
transfert sous contrainte DPI
R97
50
0
L58
3e-9
1 2
C58
0.4e-12
0
R98
10k
C59
7e-14
T53
Z0 = 60
TD = 0.05/1.27e8
0 0
T54
Z0 = 50
TD = 0.25/1.27e8
0
VDB
R99
1e6 C60
18e-12
0
U48WE_47UH
T24
Z0 = 60
0 0LISN_R_ext
0U42
BAT DUT
R_1
R_2
BATTERIE12V
GND
VBAT 0
R18
50
C9
1n
L7
0.6e-9
1
2
R19
0.05
T25
TD = 0.018/1.27e8Z0 = 34
00
T26TD = 0.0033/1.27e8
Z0 = 34
0
0
0
C54
0.3e-12
0
Gene INMax -10 dBm
OUT 50 Ohms
U37
V62
0Vdc
R93
0.03
0
U38BLM18HK102SN1
R94
0.03
T27
Z0 = 34
00
U45BLM18HK102SN1
12V
GND
LIN
U49LINATA6662_ON_HIGH_IDEM
0 0
C10
1n
L8
0.6e-9
1
2
R20
0.05
T28
TD = 0.018/1.27e8Z0 = 34
0 0
T29
TD = 0.0033/1.27e8
Z0 = 34
0
0
R95
0.03
R96
0.03
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200816
ICIM
Travaux sur l'immunité composant
Exemple d'un driver LIN en DPI – Prédiction de l'immunité sur
critère de puissance active seuil
R97
50
0
L58
3e-9
1 2
C58
0.4e-12
0
R98
10k
C59
7e-14
T53
Z0 = 60
TD = 0.05/1.27e8
0 0
T54
Z0 = 50
TD = 0.25/1.27e8
0
VDB
R99
1e6 C60
18e-12
0
U48WE_47UH
T24
TD = 0.036/1.27e8Z0 = 60
0 0LISN_R_ext
0U42
BAT DUT
R_1
R_2
BATTERIE12V
GND
VBAT 0
R18
50
C9
1n
L7
0.6e-9
1
2
R19
0.05
T25
TD = 0.018/1.27e8Z0 = 34
00
T26TD = 0.0033/1.27e8
Z0 = 34
0
0
0
C54
0.3e-12
0
Gene INMax -10 dBm
OUT 50 Ohms
U37
V62
0Vdc
R93
0.03
0
U38BLM18HK102SN1
R94
0.03
T27
TD = 0.0046/1.27e8Z0 = 34
00
U45BLM18HK102SN1
12V
GND
LIN
U49LINATA6662_ON_HIGH_IDEM
0 0
C10
1n
L8
0.6e-9
1
2
R20
0.05
T28
TD = 0.018/1.27e8Z0 = 34
0 0
T29
TD = 0.0033/1.27e8
Z0 = 34
0
0
R95
0.03
R96
0.03
1 .106
1 .107
1 .108
1 .109
30
20
10
0
10
20
Résultats DPI - REF (Config2)
Résultats DPI estimés (config3)
Résultats DPI réels (config3)
F(Hz)
Seuil susceptibilité - Pi (dBm) géné
100 pF sur chemin de couplage
1 .106
1 .107
1 .108
1 .109
30
20
10
0
10
20
Résultats DPI - REF (Config2)
Résultats DPI estimés (config1)
Résultats DPI réels (config1)
F(Hz)
Seuil susceptibilité - Pi (dBm) géné
10 nF sur chemin de couplage
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200817
Modélisation en ESD
°CESD
Prédiction de la destruction de CI en ESD:
Mécanisme de destruction lié au claquage (U seuil)
Mécanisme de destruction lié au courant
(échauffement)
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200818
Modélisation comportementale 1/2
Modélisation en ESD
Caractérisation I/V en
quasi statique au banc TLP
Current
measurement
possible area
Modèle petit signalIN
R15
7
C7
16e-12
L4
23e-9
1 2
GND
IN
0
R13
7
C6
16e-12
L3
23e-9
1 2
0
R14
1u
Impédance d'entrée + caractéristique I(V)
0
0
0
E9
V(%IN+, %IN-)
ETABLEOUT+OUT-
IN+IN-
-++ -E10
E
+ - H8
H
0
COURANT
TENSION
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200819
Modélisation comportementale 2/2
Modélisation en ESD
Wunsch & Bell
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
τ (ns)
Vtl
p (
V)
Série2
Caractéristique Wunsch & Bell
Analogie électrique / Thermique
C5
Cth
0V10
20
0
+
-
G2
G
0
-+
+
-
E8
E
R18
Rth
0
0
COURANT
TENSION
Courant =
Puissance
dissipée par effet
joule
Tension
=
Température
V1
Réseau thermique
IN
0
R13
7
C6
16e-12
L3
23e-9
1 2
0
R14
1u
Impédance d'entrée + caractéristique I(V)
0
0
0
E9
V(%IN+, %IN-)
ETABLEOUT+OUT-
IN+IN-
-++ -E10
E
+ - H8
H
0
COURANT
TENSION
P τ( ) V1
V0
−( ) 1
Rth
Cth
τ+
⋅:=
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200820
Time
0s 100ns 200ns 300ns 400ns 500ns
V(C5:2) V(R13:1)
-100V
0V
100V
200V
300V
Réseau thermique
impédance d'entrée
+ Caractéristique I(V)
U10TLP_NS410
DC_OUT
PULSE_IN
PULSE_OUT
C5
6e-8
0
0
V10
20
R13
7
C6
16e-12
L3
23e-9
1 2
0
+
-
G2
G
0
-+
+
-
E8
E
R18
145
0
0
R14
1u
0
0
0
E9
V(%IN+, %IN-)
ETABLEOUT+OUT-
IN+IN-
-++ -E10
E
+ - H8
H
0
0
COURANT
TENSION
COURANT
TENSION
Générateur TLP
V
I
V-
V+
U11
TLP_LINE_100NS_PULSE
1 2
Modélisation en ESD
Exploitation du modèle
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200822
Conclusions
Travaux sur modèles en émission / Immunité / ESD en cours
Méthodes de mesures à adapter pour les besoins de génération de modèle…
Besoin extension gamme de fréquence des phénomènes à étudier (Adaptation des modèles ??)
Prise en compte des dérives des composants…approche fiabiliste
CEM composant riche d'enseignement en méthodes et techniques pour traiter la CEM équipement / système !
Property of Valeo – Duplication prohibited
September 200823
Q&A
Merci ! Références:
Documents normalisation groupe UTE SC47A
Sonia Ben Dhia, Mohamed Ramdani, Etienne Sicard – "Electromagnetic
Compatibility of Integrated Circuits" – Ed Springer
Frédéric Lafon – "ESD analysis methodology from IC behavior to PCB
prediction" – EMC COMPO 2007
Etienne Sicard –"Compatibilité Electromagnétique des circuits intégrés. Passé
– présent – futur" – CEM08 - Paris
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