IEC 61967 系列集成電路傳導(dǎo)發(fā)射測試方法分析

賈云霞，王文杰，白 云，彭 俊

（河南凱瑞車輛檢測認(rèn)證中心有限公司，河南 焦作 454950）

隨著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷創(chuàng)新與升級，集成電路現(xiàn)已應(yīng)用于各個行業(yè)。其電磁兼容性始終是集成電路發(fā)展的一個關(guān)鍵性問題，它主要反映在集成電路產(chǎn)品自身的電磁性能上。目前國際上集成電路電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)中，IEC 61967系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了集成電路電磁發(fā)射測量方法。本文將對IEC 61967系列標(biāo)準(zhǔn)中的傳導(dǎo)發(fā)射測量方法進(jìn)行介紹。

1 通用測試條件

IEC 61967-1規(guī)定了集成電路電磁發(fā)射測量的通用測試條件、測試設(shè)備和配置、測試程序以及測試報告等內(nèi)容，給出了影響試驗結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)通用的標(biāo)準(zhǔn)測試電路板的規(guī)格，如圖1所示。在頻率范圍方面，標(biāo)準(zhǔn)推薦150kHz～1GHz，然而根據(jù)不同的測試方法和測試要求，其測試頻率范圍允許擴大或縮小。

另外，需要注意的是：集成電路進(jìn)行測試前必須對環(huán)境射頻（RF）噪聲電平進(jìn)行測量，環(huán)境RF噪聲電平必須低于被測的最小發(fā)射電平6dB。環(huán)境溫度要求保持在23℃±5℃內(nèi)。

2 試驗方法分析

在IEC 61967系列標(biāo)準(zhǔn)傳導(dǎo)發(fā)射的試驗方法中，主要有1Ω/150Ω直接耦合方法、工作臺法拉第籠法、磁場探頭法3種測試方法，它們分別由IEC 61967-4標(biāo)準(zhǔn)、IEC 61967-5和IEC 61967-6標(biāo)準(zhǔn)給出，下面進(jìn)行具體分析及其比較。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)測試板示例

2.1 1Ω/150Ω直接耦合方法

IEC 61967-4標(biāo)準(zhǔn)中給出了1Ω/150Ω直接耦合測試方法，具體測試布置如圖2所示，相應(yīng)測試原理及其測試方法特點介紹如下。

圖2 1Ω/150Ω直接耦合方法試驗布置圖

1）測試原理：1Ω/150Ω直接耦合方法通過使用射頻電流探頭對集成電路進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測試，其測試包括RF電流測量和RF電壓測量。IC的發(fā)射是由IC內(nèi)部電壓和電流的快速變化而產(chǎn)生，在IC內(nèi)部和外部激勵出RF電流，RF電流引起的傳導(dǎo)EME通過引腳在PCB板和電纜上形成傳導(dǎo)回路。

RF電流測量是在需測試的電路中接入電阻為1Ω的電流探頭，用接收機測量到的電壓是由探頭阻抗返回到IC的全部RF電流所產(chǎn)生的電壓。電壓測量可以通過探頭阻抗的分壓轉(zhuǎn)換為電流。

RF電壓測量用于測試集成電路的單個引腳或一組引腳上的射頻電壓，該方法用于測試引腳連接較長引線或配線結(jié)構(gòu)的待測IC，因為較長的引線更易成為發(fā)射電磁波的天線。這些引腳負(fù)載是150Ω的典型天線阻抗（可參見IEC 61000-4-6），應(yīng)當(dāng)建立一個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，滿足單輸入阻抗為50Ω的測試接收機的連接需求。

2）測試方法特點：一是測試具有較高的可重復(fù)性，且影響結(jié)果變動的因素少；二是可以對不同封裝的IC結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較；三是對測試電路板形狀無嚴(yán)格要求；四是測量可以在低頻下進(jìn)行；五是對IC EME采用測量總電流的方法，使用電阻測量，具有恒定頻率響應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換功能?；耍朔椒ㄊ沁m用于結(jié)果比對的好方法。

2.2 工作臺法拉第籠法

IEC 61967-5標(biāo)準(zhǔn)中給出了法拉第籠測試方法，具體測試布置如圖3所示，相應(yīng)測試原理及其測試方法特點介紹如下。

1）測試原理：工作臺法拉第籠法用于測量電源線和信號線上的傳導(dǎo)騷擾電壓。將裝有集成電路的標(biāo)準(zhǔn)電路板或應(yīng)用電路板放入法拉第籠中，電源線和信號線進(jìn)出法拉第籠都要經(jīng)過濾波處理，法拉第籠上測試端口接測試儀器，待測端口接50Ω匹配負(fù)載，其良好的屏蔽環(huán)境降低了測試的背景噪聲。測試路徑串聯(lián)100Ω電阻用來實現(xiàn)150Ω共模阻抗與50Ω射頻阻抗的匹配。測試結(jié)果中還可以顯示各種影響：測試電路板的布線；IC電源的去耦措施；電容、電感等分立元件的RF性能以及IC內(nèi)部不同功能模塊工作時的影響。根據(jù)不同的測試目的，可以設(shè)計不同的印刷電路測試板。

2）測試特點：一是測試結(jié)果可重復(fù)性高，且與IC最終應(yīng)用的RF測量相關(guān)性較強；二是可以在特定條件下進(jìn)行評估，又可以直接對等同或接近實際應(yīng)用的印刷測試板上的IC進(jìn)行測試評估；三是可用于IC的完全測試和比較測試，預(yù)測集成電路在實際應(yīng)用場合的電磁發(fā)射情況；四是當(dāng)有EMC強制性要求，可以針對專用功能對IC進(jìn)行分級；五是此方法能顯示各種因素（PCB布局、IC電源去耦等）對測試結(jié)果的影響。

圖3 工作臺法拉第籠法試驗布置圖

2.3 磁場探頭法

IEC 61967-6標(biāo)準(zhǔn)中給出了磁場探頭法，具體測試布置如圖4所示，相應(yīng)測試原理及其測試方法特點介紹如下。

1）測試原理：該方法是通過測試PCB板導(dǎo)線上的電流來評定集成電路的電磁發(fā)射。芯片引腳通過PCB板上的導(dǎo)線與電源或外圍電路相連，因而它產(chǎn)生的射頻電流可用一個靠近的磁場探頭獲取，由電磁感應(yīng)定律，探頭輸出端的電壓正比于導(dǎo)線上的射頻電流。該方法采用一個微型磁場探頭對被測集成電路的供電引腳和I/O引腳的射頻電流進(jìn)行測量。探頭的輸出電壓取決于探頭頂部與被測微帶線之間的距離。用探頭定位裝置保持探頭頂部與集成電路測試板上微帶線的距離為1mm±0.1mm。探頭的輸出電壓也取決于探頭與被測微帶線之間的放置角度。根據(jù)探頭定向放置角度影響的試驗線測量，這個角度小于15°時帶來的幅度誤差將小于-2dB。在該磁場探頭放置精確的情況下用這種方法所得的測試結(jié)果的可重復(fù)性比較高。

圖4 磁場探頭測量法試驗布置圖

2）測試方法特點：一是測試結(jié)果的可重復(fù)性比較高；二是測試頻率范圍規(guī)定是150kHz～1GHz，如果需要，可擴大測試頻率，但會受到測試布置的制約。

2.4 方法比較

表1給予以上試驗方法的描述，下面對IEC 61967系列傳導(dǎo)發(fā)射3種試驗方法進(jìn)行比較，測試人員可根據(jù)實際情況選擇合適的測試方法進(jìn)行相應(yīng)測試。

表1 3種試驗方法的比較

1）1Ω/150Ω直接耦合方法、工作臺法拉第籠法和磁場探頭法3種方法的測量結(jié)果的重復(fù)性都較高。

2）工作臺法拉第籠法和磁場探頭法不僅能測試專用測試電路的電磁兼容性，還可以在實際的應(yīng)用板上進(jìn)行測試，可評價實際應(yīng)用線路板的電路電磁兼容性能，產(chǎn)品設(shè)計工程師均可利用該方法進(jìn)行檢測。由于其體積小，使用方便，便于設(shè)計人員查找產(chǎn)品在電路布局及結(jié)構(gòu)布局等方面存在的問題。

3）工作臺法拉第籠本身就是一個屏蔽裝置，所以無需額外的屏蔽，但要求工作臺法拉第籠的屏蔽效能≥40dB。

3 結(jié)語

集成電路電磁兼容問題是電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵問題，IEC 61967系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳導(dǎo)發(fā)射的測量方法。各個標(biāo)準(zhǔn)并未給出具體的測試指標(biāo)要求，但提供了有關(guān)集成電路傳導(dǎo)發(fā)射測量的建議。因此，建議測試人員根據(jù)集成電路的具體類型及應(yīng)用需求，參考標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法的要求，合理地對集成電路進(jìn)行電磁兼容評估。