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Property of Valeo – Duplication prohibited

September 20081

Évolution de la CEM des composants

Frédéric LafonEMC Expert

Frédéric LafonEMC Expert


September 20082

Sommaire

Introduction

Statut sur la normalisation – UTE 47A

Hot topics

ICIM

ESD

Conclusions / perspectives

Introduction


September 20084

Introduction


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


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


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.

Statut sur la normalisation


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


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


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)


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


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

Hot topics


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


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


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)


September 200818

Modélisation comportementale 1/2


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


September 200819

Modélisation comportementale 2/2


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+

⋅:=


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


Exploitation du modèle

Conclusions


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 !


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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