Compatibilité ÉlectroMagnétique CEM

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1 Compatibilité ÉlectroMagnétique CEM Fabrice CAIGNET LAAS - CNRS

2 Plan Cours 1. Introduction - présentation 2. Les défaillances et leurs remèdes 3. Les méthodes de mesures 4. La modélisation 5. Conclusion orientations

3 Chap. I: Introduction présentation Définitions Le langage de la CEM La CEM au niveau système Les défaillances et leurs causes Les principales lois mises en jeux

4 Definition CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique (EMC) La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) est le fait, pour des équipements de supporter mutuellement leurs effets électromagnétiques. Selon Selonle le décret décretfrançais françaisconcernant concernantla la CEM, CEM, il ils'agit s'agitde de la la capacité capacitéd'un d'un dispositif, dispositif, équipement équipementou ousystème, à fonctionner fonctionnerde de manière manièresatisfaisante satisfaisantedans dansson son environnement environnementélectromagnétique, sans sans introduire introduirelui luimême mêmede de perturbations perturbations électromagnétiques de de nature nature à créer créerdes des troubles troubles susceptibles susceptiblesde de nuire nuireau au bon bon fonctionnement fonctionnementdes des appareils appareilsou oudes systèmes systèmessitués situésdans dansson son environnement. environnement. Onde electro-magnétique

5 Un Un peu peu d histoire Début des années 30 : début des communications radio - Apparition des problèmes d interférences radio (dus aux moteurs électriques etc.) : Création du CISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) par la CEI (Commission électrotechnique internationale) qui développe des normes pour éviter les interférences. - Durant la deuxième guerre mondiale, l utilisation d appareils électroniques (radio, navigation, radar) s est accélérée. Beaucoup de cas d interférences entre radios et systèmes de navigation aérienne. - Le CISPR continue son activité en produisant plusieurs publications techniques présentant des techniques de mesure des perturbations, et recommandant des valeurs limites d émissions. Plusieurs pays européens ont adopté ces valeurs limites recommandées par le CISPR.

6 Un Un peu peu d histoire - L augmentation la plus significative des problèmes d interférences est apparue avec l invention des composants électroniques à haute densité, tels que le transistor bipolaire dans les années 1950, le circuit intégré dans les années 1960, et les puces à microprocesseur dans les années Par ailleurs, le spectre fréquentiel utilisé devient beaucoup plus large, ce pour subvenir aux besoins de plus en plus croissants de transmission d information. - Due à la sensibilité de plus en plus accrue des circuits électroniques, l American Federal Communications Commission (FCC) a publié en 1979 des normes limitant les émissions électromagnétiques de tous les appareils électroniques. Les valeurs limites définies par la FCC correspondent dans l ensemble à celles recommandées par le CISPR.

7 Introduction --présentation Principe de base CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique Champs magnétiques et électromagnétiques Tout conducteur traversé par un courant électrique rayonne un champ magnétique H. Si un conducteur électrique formant une boucle S est traversé par le champ magnétique H, toute variation de H va induire une f.é.m. dans la boucle entraînant la circulation d'un courant de perturbation dans le circuit si cette boucle est fermée La perturbation est proportionnelle à la surface de boucle et à la variation dh dt. Elle devient importante pour des phénomènes transitoires rapides ainsi que lorsque la surface de boucle est importante.

8 Introduction --présentation Principe de base CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique Génération d un champ Loi de Biot et Savart i B antenne = «Phénomène d antenne» λ 4 dv/dt EM On génère une Onde On génère Champ Magnétique Electromagnétique Les paramètres mis en jeux sont d ordre géométrique et dépendent des fréquences et des énergies λ = c f c= km/s, f = fréquence en Hertz, λ = longueur d onde en m

9 Introduction --présentation Principe de base CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique Couplage Couplage MAGNETIQUE ELECTRIQUE B i E Adaptation v On génère un courant On génère une tension Les paramètres mis en jeux sont d ordre géométrique et dépendent des fréquences et des énergies Attention toute particulière aux variations de courants

10 Introduction --présentation CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique (EMC) Les deux concepts majeurs de la compatibilité électromagnétique du composant Susceptibilité Émission Énergie électromagnétique venant de l extérieur EMI EMI (ElectroMagnetic (ElectroMagnetic Interferances) Interferances) Circuit Intégré Systèmes Énergie électromagnétique émise (Pollution électromagnétique) EMC (ElectroMagnetic (ElectroMagnetic Compatibility) Compatibility)

11 Introduction --présentation CEM : en résumé La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) est le fait, pour des équipements de supporter mutuellement leurs effets électromagnétiques Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour augmenter l'importance de la CEM : Perturbations de plus en plus importantes liées à l'augmentation de la tension et de l'intensité circuits à niveau d'énergie de plus en plus faible, donc de plus en plus sensibles Distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les circuits perturbateurs (souvent de puissance) qui se réduisent Explosion du nombre des matériels de télécommunication.

12 Introduction --présentation CEM : en résumé Un système «électromagnétiquement compatible» respecte 3 critères : - Il ne produit aucune interférence avec d autres systèmes - Il n est pas susceptible aux émissions d autres systèmes - Il ne produit aucune interférence avec lui-même. Décomposition d un problème de de CEM Couplage Dégats

13 Introduction --présentation La notion de couplage électromagnétique Couplage avec d autres conducteurs ε r C S 0 ε h Couplage avec la masse = Approximation de la capacité donnée par deux surfaces métalliques en regard

14 Introduction --présentation Susceptibilité Equipments Émission Personal entrainments Mobile Cartes Source Source Composant Systèmes de sécurité La La CEM est est un un problème de de compatibilité au au niveau système

15 Introduction --présentation Susceptibilité des systèmes électroniques aux agressions électromagnétiques Onde électromagnétique Faute logicielle Faute matérielle Faute système µp Couplage par câbles et E/S Destruction mixed Perte de fonction

16 Introduction --présentation L évolution de la CEM Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour augmenter l'importance de la CEM : perturbations de plus en plus importantes liées à l'augmentation de la tension et de l'intensité circuits à niveau d'énergie de plus en plus faible, donc de plus en plus sensibles distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les circuits perturbateurs (souvent de puissance) qui se réduisent explosion du nombre des matériels de télécommunication (sources).

17 Introduction --présentation ans ans d évolution en en Microélectronique µm, 5V 100,000 transistors, 50MHz 10mA/ns Peu de problèmes d'électromagnétisme 0.12µm, 1V 200M transistors, 1-2GHz 5A/ns Emission parasite, susceptibilité aux agressions

18 xemple :: CEM dans un un système omplexe Tiré de IEEE Spectrum, Sept

19 Introduction --présentation Exemple :: CEM dans un un système complexe Tiré de IEEE Spectrum, Sept

20 Introduction --présentation Exemple :: Les Les décharges électrostatiques ElectroStatic discharge : ESD Destruction kv

21 Introduction --présentation Exemple :: Sur-tensions et et chocs de de foudre Ce sont des perturbations impulsionnelles de forte amplitude. Leur origine peut être naturelle dans le cas du choc de foudre, ou industrielle lors de la coupure de circuits inductifs ou de la manoeuvre d'appareillage de connexion en HT. Dans le cas des surtensions de manoeuvre, les conséquences sont peu nombreuses pour le matériel électrotechnique, mais elles peuvent entraîner la destruction du matériel électronique si celui ci n'est pas protégé. Les chocs de foudre sont eux des perturbations brusques et très importantes, elles seront traitées dans un dossier spécifique.

22 Introduction --présentation Exemple :: impulsion nucléaire électromagnétique Ce sont des perturbations d amplitude extrêmement forte. Dans ce cas la plupart des équipements électriques sont touchés détruits

23 Introduction --présentation Quelles sont les les sources principales de de perturbation? Sources permanentes (fréquence fixe) - Emetteurs radio - Radars - Bruits des moteurs électriques - Communications fixes et mobiles - Ordinateurs, écrans, imprimantes - Redresseurs -Etc. Sources transitoires (large de bande de fréquence) - La foudre - Impulsion nucléaire d origine orageuse (NEMP : Nuclear Electromagnetic Pulse) - Défauts dans les lignes d énergie - Interruption de courant (disjoncteurs) - Décharge électrostatique -Etc. Sources permanentes à large bande de fréquence - Systèmes électroniques - Microprocesseurs

24 Introduction --présentation Fréquences et niveaux de bruit associés aux différentes sources de perturbations typiques Type de source Réseau électrique Appareils de coupure du courant Décharge électrostatique Moteurs à collecteur (bruit de commutation) Commentaires Transitoires de type double-exponentielle, temps de montée de l ordre de 1 ms, durée de quelques dizaines de ms, amplitude d environ 10 kv. Formes d onde oscillatoires 100 khz. Creux de tension (jusqu à une durée de 100ms) Harmoniques jusqu à environ 2 khz Transitoires rapides (temps de montée quelques ns, amplitude de quelques kv) Temps de montée de 1 à 10 ns Une dizaine de kv Fréquences jusqu à environ 300 MHz

25 Introduction --présentation Fréquences et niveaux de bruit associés aux différentes sources de perturbations typiques Type de source Alimentation à découpage Radio-téléphonie Circuits logiques (de bases) Circuits logiques (hautes performances) Commentaires Spectre de bruit continu de 1 khz à 100 MHz Autour de 1-2GHz suivant les normes de communication Quelques V Autour de qq mhz Faible qq 100mV Sur une très large bande de Fréquence qq MHz a qq Ghz Tres faible qq 10mV, mais importante évolution du di/dt

26 Introduction --présentation Évolution des pics de courants avec l intégration 16 bit processor 16 MHz I 3 A 32 bit processor 500MHz I 100mA 2ns 62.5ns time time

27 Introduction --présentation Principe de base CEM : Illustration de l influence des paramètres géométriques

28 Le Le langage Décibel Les grandeurs utilisées en CEM sont souvent exprimées en quantité logarithmique db (décibel).pourquoi??? Ceci est dû d une part au fait que les calculs deviennent plus simples : les produits se transforment en additions et les quotients en soustractions. Dans les problèmes d interférences, il est souvent nécessaire de comparer des signaux de très grande et de très faible amplitudes. Le rapport des amplitudes se transforme alors en leur différence en db. Le db représente un rapport logarithmique de deux valeurs. Il est donc sans unité.

29 Le Le langage Décibel 1. Petites formulations Décibels db = 20 log 10 V out /V in En RF dbv = décibel volt = 20 log 10 V 1µV = 10-6 V 1 dbµv = décibel microvolt = 20 log 10 V +120dB

30 Le Le langage Unité spécifique Voltage Aux vues des grandes différences d amplitudes des signaux use of db (decibel) in EMC On trouve : dbv, dba. dbv = 20 log ( V) Volt dbv Milli Volt dbµv dba = 20 log ( A ) Mais aussi dbµv V dbµv = 20 log (V/ 1µV) dbµv = décibel microvolt = 20 log 10 V +120dB

31 Le Le langage Puissance The most common power unit is the dbmw (db milli-watt) P dbmw = 10 log (P/ 1mW) = 10 log (P) + 30 We can also have the equivalence between V dbµv and P dbmw with P = V ² / Z : Exercise: Specific units 1 mv = dbµv 1 W = dbmw 0dBm in 50 Ω = dbµv Attention Power (Watt) 1GW 1MW 1KW 1W 1mW 1µW Power (dbm)

32 Le Le langage Unité spécifique Les valeurs de références communes dans la CEM

33 Le Le langage Unité spécifique : panorama de la téléphonie mobile Norme DECT GSM DCS TFTS UMTS Fréq P (W) /8 1 30dB 1 Portée Km Canaux 20 2x25 2x75 2x5? 2x = de chaque côté

34 Le Le langage Unité spécifique : panorama réquence Longueur d onde 3 MHz 100m 140 (db) MHz 10m 300 MHz 1m 3 GHz 10 cm 30 GHz 1 cm Radars météo Radars militaires 300 GHz 1 mm Amateurs TV VHF Amateurs TV UHF Four micro TFTS onde TV VHF GSM DECT Télé péage Satellites

35 Le Le langage Unité spécifique : exercices 1 mv = dbµv 1 W = dbmw 0dBm in 50 W = dbµv Sous 50 Ω, 1µV donne une puissance de 137dB, soit 107dBm (P = V 2 /R)

36 Le Le langage Harmoniques : notions de fréquence - Les perturbations harmoniques sont situées dans un spectre basse fréquence s étendant jusqu à quelques khz. - Les perturbations hautes fréquences se situent dans un spectre s étendant jusqu à plusieurs GHz. bases fréquences hautes fréquences khz MHz GHz Hz

37 Le Le langage Harmoniques : la transformée de Fourier Rappel du théorème de Fourier (Joseph)mathématicien français né à Auxerre ( ).

38 Le Le langage Harmoniques : la transformée de Fourier Y1 Y0 Y9 Y5

39 Le Le langage Harmoniques Exemple d application du théorème de Fourier sur un signal carré Représentation Représentation temporelle temporelle Notion de taux de distorsion

40 Le Le langage Harmoniques Exemple d application du théorème de Fourier sur un signal carré Représentation Représentation spectrale spectrale Notion de taux de distorsion Harmonix

41 Le Le langage Harmoniques et la CEM : représentation fréquentielle Principes Volt db Time Freq (Log) Domaine temporel Fourier transform (FFT) Domaine Fréquentiel Invert Fourier transform (TFFT)

42 Le Le langage Pourquoi le domaine des fréquences et si important? Mise en place d un système devant résister à un certain niveau de Pollution électromagnétique. dbµv User s specification Too high energy, not compatible with the specifications Tolerate high energy at low frequency (like 10MHz) Tolerate only very low energy in critical bands (like 2GHz) Frequency (Log)

43 Le Le langage Pourquoi le domaine des fréquences et si important? Mise en évidence de fréquences à extraire Seems to be only noise Transformation de Fourier Small sinusoidal wave above noise Domaine temporel Domaine Fréquentiel

44 Le Le langage Formes d onde typiques et et leur leur spectre fréquentiel

45 Le Le langage Pourquoi le domaine des fréquences et si important? Exemple : Pics de courant internes dans un circuits intégré (commutation d un inverseur CMOS) Amplitude (A) 50ps Fourier Energie Importante à 30GHz! Temps 1ns Clock 1GHz, rise time 50ps Génération de tres nombreuses harmoniques

46 Le Le langage Harmoniques : Principeaux générateurs d harmoniques

47 Le Le langage Harmoniques : Panorama Fréquence Longueur d onde Dénomination des plages de fréquence 30 Hz 10000Km 300 Hz 1000Km Audiofréquences 3 KHz 100Km 30KHz 10Km Basses Fréquences Applications Energie électrique principales Chauffage induction Télé communications 0 Téléphonie par câble Téléphonie ondes longues

48 Le Le langage Harmoniques : Panorama (suite ) 300KHz 1Km 3 MHz 100m 30 MHz 10m 300 MHz 1m 3 GHz 10 cm 30 GHz 1 cm 300 GHz 1 mm Moyenne s Hautes HF Très Hautes VHF Ultra Hautes UHF Super Hautes SHF Extrêm. Hautes xhf Terribl. Hautes THF microonde S O S Téléphonie ondes courtes FM G S M Radio AM Télévision Radar

49 Le Le langage Quelles sont les gammes de fréquence critiques? 30 MHz 10m 300 MHz 1m 3 GHz 10 cm 30 GHz 1 cm 300 GHz 1 mm 3THz 100µm Very high VHF Ultra high UHF Super high SHF Extrem. high xhf Tremend. high THF GHz Infra rouge BlueTooth F M Televison L S C X K Microwaves Radar Visible (0.7µm) Microwave Local Wireless

50 La La CEM dans le le système Spécification d un système : Niveau de perturbation

51 La La CEM dans le le système Notions de niveaux critiques? Émission Susceptibilité 0 % Marge de compatibilité Marge d émission Probabilité de générer ce niveau de perturbation Marge d immunité Probabilité d être gêné ce niveau de perturbation Limite d émission Limite d immunité Niveau de compatibilité Niveau de Perturbation en db

52 La La CEM dans le le système Émission Équipement Emission Parasite (dbµv) 80 EMC compatible Specification for board emission Emission mesurée Board f (MHz) On représente le niveau d énergie émise par un système en fonction de la fréquence

53 La La CEM dans le le système Susceptibilité Niveau de Susceptibilité (dbma) Current injection limit Specification for board susceptibility Measured susceptibility A very low energy produces a fault 1 10 f (MHz) On représente l énergie susceptible de perturber un système en fonction de la fréquence

54 La La CEM dans le le système Susceptibility level (dbma) Susceptibility 50 level Principe pour garantir l immunité d un système Safe interference margin Susceptibilité & High risk of interference Émission Unsafe margin Somme des perturbations 1 10 f (MHz)

55 Le Le langage Autre dénomination : Niveau d absorption 100 Atténuation (db) 50 Absorption 60 Ghz Absorption 120 Ghz Fréquence (GHz)

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57 Introduction --présentation ARACTERISTIQUES DES DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES Une perturbation électromagnétique se traduit par l'apparition d'un signal électrique indésirable venant s'ajouter au signal utile. C'est ce signal importun qui peut dégrader le fonctionnement d'un équipement. Les sources des émissions électromagnétiques peuvent être d'origine : Naturelle : atmosphériques, galactiques, solaires, bruit thermique terrestre,... Artificielle. Parmi ces sources, certaines sont : induction,... intentionnelles : émetteurs radioélectriques, fours micro-ondes, fours à non intentionnelles : systèmes d'allumage des moteurs à explosion, tous les systèmes d'enclenchement et de coupure d'un signal électrique, lampes à décharge, horloge des systèmes informatiques,...

58 Les Les défaillances Fluctuations de de tension V t Les conséquences de ces variations restent faibles, la tension ne variant que dans la limite des ±10%. Exemple : Sur certains récepteurs, comme l'éclairage, cela peut provoquer du flicker (papillotement).

59 Les Les défaillances Creux de de tension et et coupures brèves Il s'agit d'une diminution de la tension comprise entre 10% et 100%, pendant une durée allant de 10 ms (une demi période) à 1 mn. Elles sont provoquées par la mise sous tension de gros récepteurs, de condensateurs, par la proximité d'un court circuit sur un circuit voisin, par la coupure associée au réenclenchement automatique d'un dispositif de protection. Les conséquences vont du décrochage des moteurs asynchrones, à l'initialisation des systèmes automatiques voire à la perte de l'alimentation.

60 Les Les défaillances Variation de de fréquence Composante continue sur surle le réseau C'est essentiellement la transmission de courants porteurs utilisés par : les distributeurs d'énergie pour véhiculer les ordres tarifaires les composants de commande à distance (CAD) les systèmes de communication interne de type interphone sur réseau Tous ces signaux peuvent perturber certains composants très sensibles notamment aux harmoniques. Déséquilibre de de phases

61 Les Les effets effets à terme terme La compatibilité électromagnétique - CEM

62 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Principe de base CEM : Compatibilité ÉlectroMagnétique Couplage MAGNETIQUE Couplage ELECTRIQUE B i E v On génère un courant parasite caractérisé par : - amplitude - fréquence On génère une tension parasite caractérisé par : - amplitude - fréquence

63 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu MODES DE DE TRANSMISSION DES DES PERTURBATIONS Couplage par conduction Couplage par rayonnement Il existe deux mode de propagation des perturbations Électromagnétiques Couplage par rayonnement Couplage par conduction (la perturbation se propage le long des cables) : Mode commun Mode différentiel

64 Les modes de couplage : Les Les défaillances et et leurs causes Mode Conduit Mode rayonné supplier 1GHz Les alimentations (VDD/VSS) propagent les parasites Les ondes EM se propagent à travers l air

65 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Mode différentiel (mode symétrique) c est le mode de fonctionnement de tous les signaux électroniques et des alimentations La propagation s'effectue en mode différentiel lorsque la perturbation est transmise à un seul des conducteurs actifs. Le courant de mode différentiel se propage sur l'un des conducteurs, passe à travers l'équipement et revient par un autre conducteur. ddp Impédance de mode commun

66 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Mode commun (ou (ou asymétrie) La propagation s'effectue en mode commun lorsque la perturbation est transmise à l'ensemble des conducteurs actifs. Le courant de mode commun se propage sur tous les conducteurs dans le même sens et revient par la masse à travers les capacités parasites Ils peuvent être induits par un champ externe dans la boucle formée par le câble, le plan de terre et les impédances de connexion des équipements et la terre.

67 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Couplage par par rayonnement (diaphonie Crosstalk) La description du champ électromagnétique généré par un système est souvent difficile car chaque système contient en général plusieurs sources qu contribuent au rayonnement. : Il peut y avoir un certain nombre de (petits) boucles de courant, dont chacun peut être assimilé à un dipôle magnétique. ll peut y avoir une contribution importante des courants en mode commun circulant dans les câbles de connexion. Ces derniers peuvent être assimilés à des dipôles électriques. les les perturbations sont sontvéhiculées par par le le milieu milieu ambiant (air). (air). La La diaphonie pourra pourraêtre :: inductive capacitive

68 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Couplage inductif Une variation de courant dans un conducteur crée un champ magnétique qui rayonne autour de ce conducteur. Un circuit voisin peut alors voir apparaître une tension induite perturbatrice si la variation de courant est importante.

69 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Couplage capacitif Il existe toujours une capacité non nulle entre deux éléments conducteurs. Toute différence de potentiel entre ces deux éléments va générer la circulation d'un courant électrique au travers de cette capacité parasite. Ce courant parasite sera d'autant plus élevé que la tension et la fréquence de ce courant sont élevées. Couplage avec d autres conducteurs Couplage avec la masse

70 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Couplage capacitif La valeur de la capacité parasite Cp sera : proportionnelle à la surface S en regard des deux circuits inversement proportionnelle à la distance h entre les deux circuits. ε r C S 0 ε = h iices cescapacités parasites sont sontnégligeables en en Hz, Hz, elles ellesont ontune uneimportance onsidérable en en HF HF où oùelles ellessont sontà l'origine de de dysfonctionnements

71 Les Les principales lois lois mises en en jeu jeu Mode de de couplage en en resumé :: champ Source conduction Champ E & H Couplage capacitif Couplage inductif Couplage par par rayonnement Couplage par par conduction Modèle en BF Modèle en HF Modèle en HF & BF Courants et et tensions induits induits

72 Les Les défaillances les les remèdes COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE Remèdes Un couplage par impédance commune se produit lorsque deux mailles ont en commun un tronçon dont l'impédance ne peut être considérée comme négligeable Le courant circulant dans la maille M1 provoque une différence de potentiel dans la maille M2 Eviter Eviter les les tronçons tronçons communs communs On On relie relie alors alors les les masses masses en en un un seul seul point. point. Diminuer Diminuer les les impédances, impédances, par par exemple exemple en en élargissant élargissant les les pistes. pistes.

73 Les Les défaillances les les remèdes COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE Exemple la piste qui apparaît en rouge est commune à la maille d'entrée et à celle qui alimente la charge à partir de l'alimentation. Le courant de sortie Is va donc réinjecter une tension à l'entrée de l'amplificateur. Exercice : Si l'amplificateur a un gain de 1000 et que la résistance de charge fait 50 Ohms, quelle résistance de la piste en rouge rendrait l'amplificateur instable? Solution un un condensateur condensateur de de découplage découplage pour pour les les signaux signaux variables variables

74 Les Les défaillances les les remèdes COUPLAGE CAPACITIF Capacité parasite liant deux lignes d un circuit imprimé trop proches Remèdes Eviter Eviter les les tronçons tronçons communs communs On On relie relie alors alors les les masses masses en en un un seul seul point. point. Diminuer Diminuer les les impédances, impédances, par par exemple exemple en en élargissant élargissant les les pistes. pistes.

75 Les Les défaillances les les remèdes CAlage

76 Les Les défaillances les les remèdes CAlage

77 Les Les défaillances les les remèdes CAlage

78 Les Les défaillances les les remèdes

79 Les Les défaillances les les remèdes

80 Les Les défaillances les les remèdes

81 Les Les défaillances les les remèdes

82 Les Les défaillances les les remèdes

83 Les Les défaillances les les remèdes

84 La La modélisation électromagnétique Méthodologie de conception db peaks freque Conception PCB Prototype PCB Mesure CEM Détection des problèmes en fin de cycle de conception

85 La La modélisation électromagnétique Méthodologie de conception DESIGN System on chip specification Architectural Design Design Entry Design Architect + 6 months + $$$$$$$$ FABRICATION Version n Version n EMC Measurements Compliance? NO GO GO EMC compliant

86 La La modélisation électromagnétique Optimisation des méthodologie de conception orienté CEM System on chip specification Architecture Guidelines Tools DESIGN Architectural Design Design Entry Design Architect EMC Design Guidelines EMC Models Simulations (SPICE ) EMC Simulations Compliance? GO FABRICATION EMC compliant

87 La La modélisation électromagnétique Optimisation des méthodologie de conception orienté CEM IBIS Model IBIS et modèle cœur PCB de PCB de test Prédiction optimiste de l émission du système Simulation Bonne prédiction de l émission du système

88 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Loi d ohm. Aucun conducteur n étant parfait, ils possèdent une résistance interne W 1 carré e L R = W l W ρ = ρ = S W e ρ e ρ Al = Ω.µm résistivité de l aluminium ρ Cu = Ω.µm résistivité du cuivre e = épaisseur du métal (µm).

89 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Loi d ohm : l effet de peau. Le conducteur est soumis à une ddp de fréquence très élevée (souvent supérieur au GHz ) les électrons empruntent préférentiellement la périphérie du conducteur modifiant ainsi sa résistance => section efficace de conducteur plus faible, donc une résistance effective plus élevée. Expression de la densité de courant dans un conducteur z δ J = J0 e Épaisseur de peau : où J 0 est l'amplitude réelle du courant à la surface, où z est la profondeur dans le conducteur (m). où δ est l'épaisseur de peau (m)

90 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Capacité d une interconnexion : capacité plane Première approximation de la valeur de la capacité d un conducteur plan C = ε ε 0 r W h w h e ε r ε 0 = 88.5 ff/cm ε r (SiO 2 )= 3.9 ground Simulation électromagnétique

91 Les lois électriques mises en jeu : Modélisation Les lois électriques mises en jeu : Modélisation Capacité d une interconnexion : capacité plane Prise en compte des effets de bord : cas plus réaliste. Attention ils est parfois inutile d utiliser cette formulation Attention ils est parfois inutile d utiliser cette formulation W h t t/4 t/ Π + = ln t h t h t h h t W C r ε ε La piste de section rectangulaire est remplacée par un ovale composé d un rectangle et de deux demi cercles : cas réaliste des pistes

92 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Capacité d une interconnexion : capacité plane Prise en compte des effets de bord : cas simplifier w e h C F C S C F 1 = C S +2C F : capacité totale du conducteur vers la masse par unité de longueur (ff/mm) W W C11 = ε 0ε r h h e h 0.425

93 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Capacité d une interconnexion : capacité de couplage Sakurai [SAKU83] propose une évaluation de la capacité de couplage C 12 e w h d C F C S C 1 2 C S C F Définition géométrique Définition des paramètre des interconnexions C e W d 12 = ε 0ε r h h h 1.38

94 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Capacité d une interconnexion : capacité de croisement Formulation proposée par Nouet (97) pour les Circuits intégrés X S ( W ) ( ) 1 W2 + 2C12 W1 + W2 + CC C = C 4 C x = capacité totale de croisement C s = capacité de couplage inter niveau par unité de surface (F28) C 12 = capacité linéique de bord (solveur 2D) C c = capacité unitaire de coin (solveur 3D) W 1 = largeur du conducteur 1 W 2 = largeur du conducteur 2 W1 C 12 W2 C c C s

95 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Les effets inductifs L Inductance équivalente d un fil seul = 1 4h µ 0µ r ln 2π d d h L : inductance du fil en H/m µ 0 =1.257e -6 H/m et µr=1 pour l'air d= diamètre du fil (m) h = hauteur du fil par rapport au plan de masse (m).

96 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Les effets inductifs Inductance équivalente d un fil conducteur à section rectangulaire (piste de PCB, piste de CI ) L 11 = µ 0 µ r 1 8h ln 2π W + W 4h w e L 11 = inductance du conducteur (H/m) µ 0 =1.257e -6 H/et µ r =1 l air W = largeur du métal h = hauteur par rapport au substrat. h

97 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Les effets inductifs : couplage par impédance commune effet d un courant circulant dans un conducteur d impédance non nulle Lois empiriques des conducteurs classiques avec F en MHz plan de cuivre d épaisseur e en mm fil cylindrique de diamètre d en mm et de longueur L en m piste de cuivre de 35µm d épaisseur, de longueur L en mm et de largeur W en mm

98 Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation La modélisation notion de champ lointain Les champs électrique et magnétique s entretiennent mutuellement mais à partir de de la source, il y a équilibre énergétique

99 Les lois électriques mises en jeu : Modélisation es lois électriques mises en jeu : Modélisation Exemple d impédances équivalentes : d h Fil au dessus d un plan de masse = d h µ Z ln ε π = d h C ln 2πε = d h µ L ln 2π = d h µ Z 4 ln ε π = d h C 4 ln 2πε = d h µ L 4 ln 2π si d<<h - Bonding - Package - Board wiring

100 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Schémas électrique équivalent Choix du modèles d une interconnexion seule R R L C ox C ox Modèle C Modèle RC Modèle RLC Les Les critères de de choix choix :: les les valeurs des des R, R, L,et L,et C

101 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Schémas électrique équivalent Choix du modèles pour deux interconnexions couplées C C C G2 C C /2 R 2 C G2 /2 C G2 /2 C C /2 C G2 C G1 /2 R l C G1 /2 Modèle (a) C (b) Modèle RC C C /2 C G1 /2 C G2 /2 R l R 2 L l K M L 2 C C /2 C G1 /2 C G2 /2 Le Le choix choix du du modèle de de simulation influe influe sur sur la la complexité. Et Et donc donc sur sur les les temps temps de de simulation (c) Modèle RLC

102 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Schémas électrique équivalent Choix d un modèles distribué ou non??? A B Ou R L /n R L /n R L R L /2 R L /2 C L /2n C L /2n C L /2n C L /2n C L /2 C L /2 C L /3 C L /3 C L /3 1 cellule 2 cellules Un Un modèle distribué permet d avoir d avoir une une meilleur précision sur sur l évaluation des des parasites

103 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation La modélisation suivant les fréquences considérées La modélisation par circuit équivalent dépend des fréquences mises en jeux, et donc des modes de propagation, ou des phénomènes mises en jeux. R L C ox R L R L C ox C ox G Si C Si R Si L Si R Si (a) Mode "Quasi-TEM" (b) Mode "Effet de peau" (c) Mode "Onde lente"

104 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation La modélisation : utilisation de logiciels d extraction de paramètres Ces logiciels sont des «solvers» électromagnétiques, resolvant les équations de Maxwell. On trouve des solveur dis - «ondes lentes» (extraction de RL et C equivalent) - «hyperfréquence» (Z équivalent)

105 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Simulation : délai de propagation sur une ligne seule (latence) Début Fin Tension (V) 90% C D A B Début de ligne Fin de ligne Temps (ns)

106 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Simulation : délai de propagation sur une ligne seule (latence, bande passante)

107 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Simulation : le couplage diaphonique Agresseur C C L =6 mm Victime L Typ w Tension (V) e d Signal Agres seur h V DD /2 Victime perturbée. R R V C C C S C S t Temps (ns)

108 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Simulation : le couplage diaphonique : commutation simultanée % t Vdd Tension Victime Vdd Tension Agresseur t XT Commutation sans Crosstalk Vss Agresseur Temps Vss Victime Tem Victime perturbée Vdd Tension Victime Vdd Tension Délai induit par couplage Agresseur Victime Vss Temps Vss Agresseur Temp Modification des des délais délais de de réponse

109 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Résumé de la modélisation des conducteurs Tout conducteur dans un diélectrique répond aux lois de l électromagnétisme statique. I = V( S r j r ) =.ds r r r E.d r Modélisation = mise en en place d un schéma électrique équivalent Pb Pb :: comment modéliser le le courant circulant dans dans les les conducteur?

110 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Origine de l émission : Les circulations de courants mecanisme basic du courrant de coeur : Exemple de l inverseur CMOS VDD VDD Vin 1 0 Pull Up Pull Down IDD (0.5mA) Output capa 1 0 Pull Up ISS Pull Down(0.5mA) Output capa VSS VSS La La circulation de de courrant se se fait fait par par charge charge et et décharge de de la la capacité au au travers des des alimentations.

111 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Origine de l émission : Les circulations de courants Mécanisme basic : exemple de l inverseur CMOS VDD VDD Vin 1 0 Pull Up Pull Down IDD (0.5mA) Output capa 1 0 Pull Up ISS Pull Down(0.5mA) Output capa VSS VSS

112 Introduction --présentation ans ans d évolution en en Microélectronique µm, 5V 100,000 transistors, 50MHz 10mA/ns Peu de problèmes d'électromagnétisme 0.12µm, 1V 200M transistors, 1-2GHz 5A/ns Emission parasite, susceptibilité aux agressions

113 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Origine de l émission : Les circulations de courants Voltage & Current Scaled current Current di/dt di/dt Voltage Voltage supply decreases Current amplitude keeps constant Faster switching Stronger di/dt di/dt Time Increased EMC problems

114 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Origine de l émission : Les circulations de courants 16 bit processor 16 MHz I 3 A 32 bit processor 500MHz I 100mA 2ns time time 62.5ns Augmentation des courants avec les générations technologies

115 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Objectif : modéliser le bruit lié au courant sur les alimentations V D D Bonding, Lead A B Power supply fluctuation V DD B i V SS Measurement) 1Volt V SS Bonding, Lead 150 MHz oscillation DIL 28 time (ns)

116 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Objectif : modéliser le bruit lié au courant sur les alimentations Modéliser le bruit lié au boîtier Lead = 20mm VDD=3.3V CHIP 50mA in 1ns Lead = 20mm VSS=0.0 L 1nH / mm i V = L t

117 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Objectif : modéliser le bruit lié au courant sur les alimentations Exemple de l importance des circulations de courant dans les boîtier V=L i/ t VDD Supply (V) 100mA in 1ns 10mm (10nH) CHIP 1V loss VSS time (ns)

118 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Objectif : modéliser le bruit lié au courant sur les alimentations Méthode de réduction des fluctuation d alimentation : réduire les boucles de courant, et donc réduire le «L» équivalent IC Ground plane Supply leads Far from ground, high inductance large loops Close from ground, small inductance small loops

119 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Objectif : modéliser le bruit lié au courant sur les alimentations I (A) Méthode de réduction des fluctuation d alimentation : introduire une capacité de découplage 250pF 125ns 100mA time 1 Energy (db) 1nF 60 5nH 40 C I 20 Frequency (MHz) 5nH

120 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré pour le boîtier Input Buffer I/O specification (Modèle IBIS) [Component] [Component] ST74FCT16244 ST74FCT16244 [Manufacturer] [Manufacturer] ST ST [Package] [Package] variable variable typ typ min min max max R_pkg R_pkg 800m 800m 500m 500m L_pkg L_pkg 6nH 6nH 5.5nH 5.5nH C_pkg C_pkg 8pF 8pF 4pF 4pF [Pin] [Pin] signal signal model model R_pin R_pin L_pin L_pin C_pin C_pin 1 /1OE /1OE in1 in1 2 1Y1 1Y1 out1 out1 3 1Y2 1Y2 out1 out1 4 GND GND GND GND 5 1Y3 1Y3 out1 out1 6 1Y4 1Y4 out1 out1

121 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré pour le boîtier R,L,C estimation Dual in Line (DIL) 64 pins L=2-15nH C=1-10pF Shrink dual in line (SDIL) 64 pins L=1-10nH C=1-10pF Small Outline package (SOP) Quad Flat Pack (QFP) 64 pins L=1-7nH C=1-7pF 400 pins L=3-7nH C=2-5pF L_pkg = 1nH/mm, C_pkg = 0.2pF/mm

122 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré pour le boîtier R,L,C estimation Ball gate Array (BGA) 800 pins L=0.5-10nH C=1-10pF Fine Pitch Ball gate Array (FBGA) 1500 pins L=0.5-10nH C=1-20pF Mold Chip Scale package (MCSP) 1500 pins L=0.5-5nH C=1-15pF Ball Gate Array

123 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré pour les alimentations VDD Rvdd Lvdd Modèle de boîtier Cd Cb Ib Modèle de courant Limit of the di VSS Rvss Lvss -ICEM model promoted by UTE (IEC ) -Available in IBIS website

124 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré dans le cas des entrées et sorties Input Buffer I/O specification (Modèle IBIS) Ibis Accessoires Vélo [Component] [Component] ST74FCT16244 ST74FCT16244 [Manufacturer] [Manufacturer] ST ST [Package] [Package] variable variable typ typ min min max max R_pkg R_pkg 800m 800m 500m 500m L_pkg L_pkg 6nH 6nH 5.5nH 5.5nH C_pkg C_pkg 8pF 8pF 4pF 4pF [Pin] [Pin] signal signal model model R_pin R_pin L_pin L_pin C_pin C_pin 1 /1OE /1OE in1 in1 2 1Y1 1Y1 out1 out1 3 1Y2 1Y2 out1 out1 4 GND GND GND GND 5 1Y3 1Y3 out1 out1 6 1Y4 1Y4 out1 out1

125 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit intégré : schéma équivalent complet Utilisation des données standard de IBIS Core VDD Rvdd Lvdd I/O VDD Cd Cb Ib Cio I/O Core VSS I/O VSS Rvss Lvss Zsub Zsub: couplage résistif de susbtrat Cio : decouplage du réseau d alimentation des E/S I/O: décrits dans IBIS (http://www.eda.org/ibis)

126 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Macro-modèle d un Circuit Intégré : pourquoi? Modéliser l activité du cœur Physical Transistor level (Spice) Interpolated Transistor level (Powermill) Gate level Activity (VHDL) Huge simulation Limited to analog blocks Difficult adaptation to usual tools Limited to 1 M devices Simple, not limited Fast & accurate I(mA) time (ns) Equivalent Current generator

127 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Exemple : comparaison mesure/simulation 80 Conducted Mode on VSS alim 70 1Ω DUT To receiver dbµv EMC model Measurements f (MHz)

128 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Validation en mode conduit des I/O Le spectre est essentiellement lié au cœur. Les E/S génèrent une signature à haute fréquence (>300MHz)

129 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Résumé de la modélisation d un CI Origine principale commutation des portes logiques (30 Ampères en 500ps) 3 modes de couplage identifiés conduit: Alimentations rayonné: Entrées/sorties Direct

130 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Exemple complet de la modélisation d un CI Cas d une alimentation séparée

131 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Modélisation complète d un CI connecté sur un PCB R_pcb L_pcb R_pkg L_pkg VDD C_pcb C_pkg Cd I (t) 1 Ω R_pcb L_pcb R_pkg L_pkg Measure 49 Ω C_pcb C_pkg 50 Ω PCB model Package model (Ibis) IC model (Icem)

132 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Exemple sur un Microcontrôleur 8 bits 90dB 1.0µm 0.7µm 0.35µm 0.18µm 70dB 20 db 50dB 30dB 10dB Microcontrolers Emission reduction techniques More current Bigger circuits Faster clocks Research L émission augmente avec les réductions technologiques

133 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation CEM et nombre d entrées et sorties (I/O) Supply (V) Alimentation des I/O Alimentation du cœur 0.5µ 0.35µ 0.18µ 90nm 70nm Technology(m) plus I/Os, moins de marge de bruit

134 Modélisation par par quadripôles Utilisation des Quadripôles pour la modélisation CEM est largement utilisée. Rappel :

135 Modélisation par par quadripôles Utilisation des Quadripôles pour la modélisation CEM est largement utilisée. Modèle d émission Onde : - conduit - rayonné Représentation du milieu de propagation - Ligne - Air - Modèle de la victime : -charge

136 Modélisation par par quadripôles Représentation de la matrice Z (impédance équivalente) Z 1 = (Z 11 -Z 12 ) Z 2 = (Z 22 -Z 12 ) Z 3 = Z 12 Z 11 = Z 1 + Z 3 Z 22 = Z 2 + Z 3 Z 12 = Z 21 = Z 3 (circuit ouvert)

137 Modélisation par par quadripôles Quadripôle alimenté par un schéma équivalent de Thévenin

138 Modélisation par par quadripôles Quadripôle alimenté par un schéma équivalent de Norton Introduction d admittance équivalent

139 Modélisation par par quadripôles Représentation de la matrice Y (impédance équivalente) Y a = (Y 11 +Y 12 ) Y b = (Y 22 +Y 12 ) Y c = -Y 12 Y 11 = Y a + Y c Y 22 = Y b + Y c Y 12 = Y 21 = -Y c

140 Modélisation par par quadripôles intérêt de la représentation en Z : les montages en série

141 Modélisation par par quadripôles intérêt de la représentation en Y : les montages en parallèle

142 Modélisation par par quadripôles Représentation de la matrice C (Matrice Chaîne)

143 Modélisation par par quadripôles Connexions en cascade :

144 Modélisation par par quadripôles Matrices cascades :

145 Modélisation par par quadripôles Relation entre les principales matrices

146 La compatibilité électromagnétique - CEM Modélisation Modélisationpar parquadripôles quadripôles exemple de mise en œuvre des quadripôles Début Fin R L Cox RSi F.CAIGNET Zc

147 Modélisation par par quadripôles cas d un agresseur et d une victime champ magnétique prédominant Rappel du problème : Agresseur Victime

148 Modélisation par par quadripôles cas d un agresseur et d une victime champ magnétique prédominant Mise en forme de quadripôle : schéma électrique équivalent C1 et C2 sont les capacité de rappel à la masse L1 et L2 sont les inductances propres C0 est la capacité de couplage M correspond à la mutuelle inductance générant un courant tel que :

149 Modélisation par par quadripôles cas d un agresseur et d une victime champ magnétique prédominant Mise en forme : quadripôle équivalent Nous avons considéré ici que C1 et C2 sont les capacité parasites négligeable en basse fréquence.

150 Modélisation par par quadripôles Modélisation CEM d un champ magnétique prédominant Approximation «couplage faible» : M 2 << L 1 L 2 1/jωC 0 >> jωl Dans une représentation de Norton, il en résulte que :

151 Modélisation par par quadripôles Modélisation CEM d un champ magnétique prédominant Cette dernière expression peut être vue comme étant due à deux sources de courant excitant le circuit victime : l un représentant le couplage capacitif et l autre le couplage inductif

152 Modélisation par par quadripôles Modélisation CEM d un champ magnétique prédominant D où les schémas équivalents :

153 Modélisation par par quadripôles Cas d un agresseur et d une victime champ électrique prédominant Agresseur Victime

154 Modélisation par par quadripôles Cas d un agresseur et d une victime champ électrique prédominant Quadripôle équivalent : Pour la configuration ci-dessus, l effet des inductances L1, L2, et M est négligeable dans la plupart des cas.

155 Modélisation par par quadripôles Cas d un agresseur et d une victime champ électrique prédominant Quadripôle équivalent : Mise en forme

156 Modélisation par par quadripôles Cas d un agresseur et d une victime champ électrique prédominant Approximation «faibles couplages» Co<<C1 et et Co<<C2,

157 Modélisation par par quadripôles Cas d un agresseur et d une victime Cas Général : Le schéma équivalent général représentant les deux couplages inductif et capacitif est donné par : Contribution inductive Contribution capacitive

158 Modélisation CEM exemple d application Modélisation de pistes couplées de circuits imprimés Une modélisation basse fréquence (régime quasi-statique) est possible lorsque

159 Modélisation CEM exemple d application Modélisation de pistes couplées de circuits imprimés On donne les expressions suivantes

160 Les Les lois lois électriques mises en en jeu jeu :: Modélisation Susceptibilité des µp aux agressions électromagnétiques Augmentation de la complexité (SoC) => augmentation des puissances sources EM les plus puissantes (forte activié interne) RF MCU Memory Bus control DSP ADC DAC Test Parties les plus susceptibles Extension des problèmes au niveau circuit

161 Les Les techniques de de mesure Appareillage de mesure classique Analyseur de spectre MHz IEEE bus CVI PC control DC-2.2GHz waveform generator 10W amplifier Direct power injection Bulk current injection Oscilloscope 500MHz Travaux expérimentaux 68HC12 (0.25µm), MC33xxx (Bus CAN) Définition d une méthodologie de réduction de susceptibilité à Motorola

162 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM 10x10cm Chip under test Spectrum Analyser 50cm Shielding TEM method, from SAE J1752/3 (Up to 1GHz)

163 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM TEM method, issued for USA SAE J1752/3 Specific board 50cm 10x10cm Measure Shielded box To spectrum analyzer The best radiated mode method (IEC )

164 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM Chip under test Inner side HF connectors Configuration switches Outer side

165 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM The TEM cell is «Adapted 50 Ω» L/unit length C/unit length Cable 50 Ohm Terminaison 50 Ohm Z 0 L = 50 C Ω

166 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM Simulation Électromagnétique de la cellule TEM 2cm 0.7cm 4.3cm 0.5cm 10cm 8.7cm 15cm Cdie/septum Cpackage/septum Ldie/septum 20-50fF fF nH/m

167 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM Modélisation électrique de la cellule TEM PCB Chip under test To PCB Lpackage Cdie_gnd Chip under test 50 Ω 50 Receiver KCoupling Cdie_septum Lseptum Couplage par capacité et inductances mutuelles

168 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM Quels sont les modes de couplages mise en jeu? TEM septum Coupling Almost no coupling current Lead Lead On caractérise donc les rayonnement liée : au CI (cœur + package) au pistes

169 Les Les techniques de de mesure Measure in TEM cell Level in dbµv 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM 80 Custumer limit 70 Orientation B Orientation A Frequency in MHz Plage de mesure : 10MHz 1GHz (A) (B)

170 Les Les techniques de de mesure 1. Mesure de l Émission : la cellule TEM The TEM cell at work 50ohm Vout Chip emission

171 Les Les techniques de de mesure 2. Mesure de l Émission : la cellule GEM Même principe que pour la TEM, mais jusqu à 18 GHz Shielding Absorbant Septum DUT

172 Les Les techniques de de mesure 2. Mesure de l Émission : la cellule GEM Shielding Absorbant 10x10 cm opening DUT H Field lines Septum E Field lines

173 Les Les techniques de de mesure 3. Mesure de l Émission : Mode conduit VDE German Std VDE UK IEC International Standard IC Spectrum Analyser 1ohm

174 Les Les techniques de de mesure 3. Mesure de l Émission : Mode conduit VDE Use of the 1ohm conducted emission method dbµv Conducted emission of a micro-controller Frequency

175 Les Les techniques de de mesure Résumé des méthodes de mesure de l Émission Radiated DC-1GHz Radiated DC-18GHz TEM Cell SAE J1752/3 IEC Conducted GTEM Cell DC-1GHz VDE 1Ω UK IEC

176 Les Les techniques de de mesure 3. Mesure de l Émission : Probe Magnétique Magnetic Probe SAE J1752/2(Japan) IEC International standard Receiver obe DUT Other components Can locate high levels of emission, but depends on orientation

177 Les Les techniques de de mesure. Mesure de l Émission Magnetic Probe (IEC ) Y axis Y axis Amax plot IC location Amax dbµv X axis X axis freq

178 mesures d émissions rayonnées dans une chambre semianéchoique

179 Les Les techniques de de mesure. Mesure de la susceptibilité ulk Curent Injection (IEC ) DUT Injection Measure Inductive coils Widely used in embedded electronics Very similar to EM wave in Automotive (DC-150MHz)

180 Les Les techniques de de mesure. Mesure de la susceptibilité CI in CAN Bus (IEC ) Parasitic current CAN Bus Fault Normal current Coil DUT Microcontroler Inductive coupling to the network Parasitic current injected on the chip Limited to 1GHz

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