什麼是CISPR25標準ALSE法？ 第18篇 EMC計算方法和EMC模擬（3） 輻射雜訊（RE）的試行計算方法

大家好！我是ROHM的稻垣。

在第18篇中，我想介紹一下電磁相容性（EMC）的計算方法和模擬系列中的輻射雜訊（CE： Radiated Emission）的試行計算方法。該方法是與車載產品的電磁相容性（EMC）特性有關的“CISPR25標準ALSE法”。

CISPR是IEC的下屬組織國際無線電干擾特別委員會（法語：Comité international spécial des perturbations radioélectriques）的縮寫。ALSE法是“Absorber-Lined Shielded Enclosure”的縮寫，是一種測量從DUT（測試物件：半導體積體電路（LSI））和線束等輻射出的電磁雜訊的方法。

計算物件包括車載蓄電池（Battery）、人工電源網路（AN）、線束、DUT（測試物件）、接地層等。計算概念基於IEC 62433標準，支援資料同化（Data Assimilation），支援降噪（Noise Reduction）。分析方法為電路分析、電磁場分析和數值分析。

接下來我按照順序逐一講解。在試行計算中，分兩個階段進行處理，優化（Optimization）和預測計算（Prediction）分別使用shell程式語言來自動化處理。第一階段的優化（Optimization）按照以下步驟進行計算：

1. ① 針對半導體積體電路（LSI）的電源電流和負載電流，透過PWL（Piecewise Linear，分段線性）波形創建IA模型（電磁干擾模型）。這一步透過電路分析（瞬態分析）來獲取資料。
2. ② 由於使用資料同化技術，因此可以獲取沒有實施EMC措施狀態下的CISPR25標準ALSE法的測量值。
3. ③ 對①IA模型（PWL波形）和②測量值都進行降低雜訊處理（上限包絡處理）。這一步透過數值分析來獲取資料。
4. ④ 在SPICE電路網中描述車載蓄電池（Battery）和人工電源網路（AN），將線束和接地層作為電磁場分析的計算物件，創建CAD資料。
5. ⑤ 透過電磁場分析（MoM法：矩量法）來計算③和④，可以求得1個頻率的輻射雜訊值（電場：dBµV/m）。
6. ⑥ 到此為止只是計算值，因此透過計算與③中測量值之間的差異來校正計算值。
7. ⑦ 對所需頻率（例如開關頻率的N次諧波）重複相同的計算，將各瞬態分析的結果創建為曲線圖（頻率軸），並繪製限值（與AC分析結果格式相同）。然後，優化（Optimization）的計算結果顯示出計算值與測量值幾乎是完全一致的狀態。

第二階段的預測計算（Prediction）按照以下步驟進行計算：

1. ⑧ 獲取已實施EMC措施的半導體積體電路（LSI）的IA模型（PWL波形）。其目的是計算和預測在重新設計矽晶片或更改應用電路時，電源電流和負載電流的變化等因素，對減少輻射雜訊（RE）有怎樣的效果。
2. ⑨ 對這個⑧IA模型（PWL波形）進行降低雜訊處理（上限包絡處理）。
3. ⑩ 將③中的IA模型（PWL波形）替換為⑧中的IA模型（PWL波形），求1個頻率的輻射雜訊值（電場：dBµV/m）。
4. ⑪ 使用優化（Optimization）⑥中求得的差值來校正⑩輻射雜訊的計算值。
5. ⑫ 對多個頻率進行與⑦相同的計算。根據該結果，即可判斷預測計算（Prediction）是否符合“CISPR25標準ALSE法”。

以上對計算方法進行了簡要說明，下面給出了一些主要步驟的圖示。

在實際的設計現場，在半導體積體電路（LSI）的電路設計過程中，時間非常緊張，很難給EMC測量驗證和EMC計算預測上分配大量時間。對此，透過使用相對簡單的計算模型，可以縮短計算時間，同時，透過與測量值進行對比和整合，還可獲得實用的計算精度。此外，透過（shell）程式語言，可在後台運行電磁場分析和數值分析，也無需複雜的操作。硬體方面也不需要特別高級的電腦（在本文的試行計算示例中，CPU：約15min，MEM：100MB以下）。還有一種方法是進行詳細的設備建模，並利用超級電腦等設備充分進行電磁場分析。這些都是行之有效的方法，但如果您專攻半導體積體電路（LSI），我認為類似的試行計算也不失為一種好方法。

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＜書籍參考頁碼＞
《LSI的EMC設計》，科學資訊出版株式會社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。

• ◆輻射雜訊（RE）模擬的簡介：第6章　透過現象驗證半導體積體電路的電磁相容性（2）　p.153～