什麼是“ISO 11452-2標準 ALSE法？ 第21篇 EMC計算方法和EMC模擬（6） 輻射抗擾度（RI）的試行計算方法

大家好！我是ROHM的稻垣。

第21篇是電磁相容性（EMC）的計算方法和模擬系列的第6篇，我們將介紹輻射抗擾度（RI：Radiated Immunity）的試行計算方法。在車電電子產品的電磁相容性（EMC）相關的“ISO 11452-2標準中，稱為 ALSE法（Absorber-lined shielded enclosure）”。

該方法是將車電蓄電池、線路電阻穩定網路、線束、DUT（測試物件）等配置在基準接地面上，從距離DUT（測試對象）1米處的天線外加電磁雜訊（電場），然後判斷DUT是否發生誤動作。CISPR25標準的ALSE法是觀測來自線束等的輻射抗擾度，而ISO 11452-2標準的ALSE法則是觀測針對線束等的輻射抗擾度，所以兩者的現象是相反的。

關於預測計算，如果環境是可以透過CISPR25標準ALSE法進行計算的環境，那麼就需要更改一些設定，但我認為CAD等資料幾乎可以直接使用。計算物件除上述專案外，還包括天線訊號源（電場）、EMC對策元件（此處為電容元件C）、DUT（LSI模型，被動器件）、合規性判斷裝置等。

在本文中，我們將結合使用電磁場分析和電路分析進行計算。計算的大致思路是透過電磁場分析，根據天線的電場強度計算出與線束相連接的印刷電路板（PCB）的感應電壓。根據該感應電壓和到達DUT（LSI引腳）的電壓，透過電路分析判斷是否存在誤動作。簡而言之，由電磁場分析負責輻射系統（在空氣中傳播訊號的部分），由電路分析負責傳導系統（在導線中傳輸訊號的部分）。

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）模型提取（Extraction）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。

■第一階段：IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）

1. ① 首先，根據上述計算物件製作計算電路圖，即直接連接測試電路使其成為計算電路的示意圖。電磁場分析的電路圖參考上圖即可。電路分析的電路圖與IEC 62132-4標準DPI法（第19篇）中使用的電路圖幾乎相同。
2. ② 在這個試行計算中，希望將測試頻率範圍200MHz～1GHz、電場強度200V/m用作限值。由於Pass/Fail的判定就是測試結果，所以與第20篇 ISO 11452-4標準HE法（BCI 法）一樣，將Pass設定為200V/m，將Fail設定為100V/m，並將其用作預測計算所使用的實測值。將Pass/Fail的實測判定結果轉換為數值並用於計算。
3. ③ 將②中創建的電場強度（所有測試頻率）作為電磁場分析的天線訊號源（電場）外加，並計算在裝有DUT（測試對象）的印刷電路板（PCB）上感應的電壓值。
4. ④ 接下來，透過電路分析（暫態分析，所有測試頻率）計算到達印刷電路板（PCB）上的DUT（LSI引腳）的電壓，並將其用作IB（誤動作閾值）模型。如下圖所示，誤動作的電壓閾值按一定週期波動的線束特性在圖中得到了很好的體現。另外，在這個階段，需要計算出“電場強度與感應電壓的相關係數”。這樣，根據實測值自動生成電腦模型，將非常有助於“縮短計算時間”和“提高計算精度”。

IB（誤動作閾值）模型的計算範例

第二階段的預測計算（Prediction）步驟如下：

■第二階段：IB（誤動作閾值）模型提取（Extraction）

1. ⑤ 創建電路分析所用的預測計算用電路。與IB（誤動作閾值）模型提取電路之間的區別在於添加了誤動作判定器（比較器）。透過誤動作判定器（比較器）對到達LSI的電壓值和IB（誤動作閾值）進行比較。
2. ⑥ 首先，將電壓雜訊訊號源設定為衰減振動波形並進行電路分析（暫態分析），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。在所有測試頻率重複該步驟。
3. ⑦ 在衰減振動波形中獲得發生誤動作的電壓值，就可以根據之前計算出的“電場強度與感應電壓的相關係數”計算出發生誤動作的電場強度。這就是所要的預測計算值。透過使用相關係數，可以省略電磁場分析，從而可以縮短計算時間。
4. ⑧ 左下圖為使用與EMC對策前的IB（誤動作閾值）模型提取電路相同的電路進行預測計算後的曲線圖。實測值與計算值高度一致！
5. ⑨ 在EMC對策電路中，透過電路分析添加了電容元件C，以降低到達DUT（LSI引腳）的電壓雜訊。當時的預測計算結果如右下圖所示。如果計算值達到200V/m以上，則表明該值應該是符合標準的預測計算值。如果仔細觀察，可以看出在200MHz～220MHz附近需要再採取一些EMC措施，而更高頻段則無需EMC措施。

如上所述，即使使用普通的電磁場分析工具和電路分析工具，透過將計算結果自動保存為文字檔（ASCII）並透過（shell）腳本傳遞，就可以相對容易地實現設計自動化和驗證自動化。

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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。

• ◆輻射抗擾度（RI）計算驗證：
  第6章 透過現象驗證半導體積體電路的電磁相容性（2）　pp.160~164