Compatibilité Electro-Magnétique des électroniques embarquées. Modélisation / Simulation. MAROT Christian Expert CEM

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Oscar Lapierre
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1 Compatibilité Electro-Magnétique des électroniques embarquées Modélisation / Simulation Page 1 Expert CEM 04 avril 2012

2 Sommaire Contexte et besoins CEM pour les électroniques embarquées Travaux en cours Comités normatifs UTE et IEC Projet SEISME EADS IW laboratoire CEM EMC modelling roadmap

3 Contexte Réduction des dimensions géométriques Augmentation des fréquences Réduction des phases proto en conception Obsolescence des composants Réduction du nombre de tests Réduction des couts de développement Analyse de la régression CEM en vie série Conception virtuelle Test virtuel Modèles CEM des composants électroniques Emissions conduites et rayonnées Immunités conduites et rayonnées

de développement Analyse de la régression CEM en vie série Conception virtuelle Test virtuel

4 Besoins Modèle de composant : Boite B i noire i : obtenu b par mesure PDN Example ET[1] RVdd LVdd IT[0] ET[0] RVss IBIS IT[1] IT[3] IT[1] LVss IA Example IA Component PDN Component IT[3] CVdd IT[0] IT[2] IT[2] ET[1] ET[0] PDN & IA ICEM Components ICEM IEC : Measurement of RF emissions IEC : Measurement of RF immunity DO160, BCI Boite blanche : obtenu par calcul Bottom up approach Assembly of single separated models Model is built as kit construction as + Méthodes de calcul : Les méthodes 3D, intégrales, volumiques Méthode PEEC Théorie Théorie des lignes de transmission Calcul de circuit électronique Référence à une spécification RE, RE CE CE, RI RI, CI 100 BµV/m IEC : Measurement of electromagnetic RF emissions IEC : Measurement of electromagnetic RF immunity DO 160 : Environnemental Conditions and Test Procedures CISPR 25 Road vehicles: RF émission ; Limits and methods ISO Road vehicles : RF immunity ; Limits and methods kHz 1M 10M Fréquence 100M 1GHz

Assembly of single separated models Model is built as kit construction as + Méthodes de calcul : Les méthodes 3D, intégrales, volumiques Méthode PEEC Théorie Théorie des lignes de transmission Calcul

5 Works in progress IEC SC 47A WG 2, 2000 IEC : Integrated circuits EMC IC Modelling Part 1: General modeling framework Part 2: Conducted RF emission - ICEM-CE Part 3: Radiated RF emission - ICEM-RE Part 4: Conducted RF immunity - ICIM-CI Part 5: Radiated RF immunity - ICIM-RI Part 6: Impulse immunity Develop the Design Virtual Reinforce the Test Virtual Analyze of EMC decline of an electronic units Treatment of the obsolescence of component Simulation Emission Immunité Système Module Electronique Definition and validation of EMC model for Electronic Board, Equipment, System EMC Laboratory Black Box approach Conducted immunity Radiated emission Near field measurement

Reinforce the Test Virtual Analyze of EMC decline of an electronic units Treatment of the obsolescence of component Simulation Emission Immunité Système Module

6 CONDUCTED EMISSIONS MODELLING : IEC ICEM-CE Integrated Circuit Emission Model Conducted Emission IEC stage : IS, International standard since 2008 ET[1] ET[0] VDD PDN Example IT[1] RVdd LVdd IT[0] RVss LVss CVdd Rvdd Lvdd PDN Component ET[1] ET[0] IT[1] IT[3] IT[0] IT[2] IA Component PDN & IA ICEM Components IA Example IT[3] IT[2] Modele is characterized with PDN (passive distribution network and IA (Internal Activity) PDN described the impedance of noise source IA is the generator disturbances source on lines, supply and signal VSS PDN Cb Rvss Lvss IA VNA : S parameters Oscilloscope : measures in time domain Spectrum Analyser: measures in freq. domain Deembbeding Optimisation découplage / filtrage Perturbation conduites et rayonnés

PDN (passive distribution network and IA (Internal Activity) PDN described the impedance of noise source IA is the generator disturbances source on lines, supply and signal VSS PDN Cb

7 RADIATED EMISSIONS MODELLING : IEC x z φ θ r y Electric and magnetic dipoles Electric or PDN IA (f1) Dipol magnetic x1 y1 x2 y2 (ma) e dipole (E/H) 1 E E E E E Freq= 32MHz x a Freq= 48MHz z φ θ r y ICEM-RE Integrated Circuit Emission Model Radiated Emission IEC stage : draft NP, New Proposal 2012 Modele d l is characterized with PDN (passive distribution network and IA (Infernal Activity) The radiated PDN described as electric dipole, magnetic dipole PDN represents the localization and orientation of the electric or magnetic dipoles. It contains the geometrical parameters of the model. IA represents the value of electric or magnetic current flowing into the dipoles. It contains the electrical parameters of the model. Near Field Scan measurement Measure of Magnitude with Spectrum Analyser Measure of Phase with a phase reference probe Optimisation couplage entre composant / cartes Perturbation rayonnée sur un PCB

2 Freq= 32MHz x a Freq= 48MHz z φ θ r y ICEM-RE Integrated Circuit Emission Model Radiated Emission IEC stage : draft NP, New Proposal 2012 Modele d l is characterized with PDN (passive distribution

8 CONDUCTED IMMUNITE MODELLING : IEC ICIM-CI Integrated Circuit Immunity Model Conducted Immunity IEC stage : NP, New Proposal 2012 Modele is characterized with PDN (Passive Distribution ib ti Network) and IB(Immunity Behavioural) PDN is a multi-port circuit : DI (Disturbance Input). Terminals to which disturbances are applied. DL (Disturbance Load). Terminals whose load influences the impedance of a DI terminal. DO (Disturbance Output). This terminal outputs a part of the disturbance received on the DI terminals. IB is a file describing how the IC reacts to the applied disturbances VNA : S parameters of DI, DO and DL DPI /RFIP test setup Deembbeding Optimisation routage / filtrage Susceptibilité aux Perturbations Conduites 0.0 1E5 1E6 1E7 1E8

Terminals whose load influences the impedance of a DI terminal. DO (Disturbance Output). This terminal outputs a part of the disturbance received on the DI terminals.

9 RADIATED IMMUNITE MODELLING : IEC , 6 Part 5: Radiated RF immunity - ICIM-RI Part 6: Impulse immunity

10 projet SEISME Projet Fédérateur des acteurs de la CEM des électroniques embarquées Répond aux Besoins des Equipementiers et des Systémiers Electroniques Retombées Normatives

11 Etat actuel projet SEISME - Contexte Validation CEM par MESURE Modification Etat futur Validation CEM par CALCUL Obsolescence : Un changement de composant sur une carte électronique lors d une obsolescence. Les applications électroniques ont un cycle de vie qui est devenu long par rapport à celui des semi-conducteurs. Multi-sources : Evolution : Réutilisation : Un changement de fournisseur de composant. Pendant sa phase de production un équipementier/systémier peut être amené à changer sa source d approvisionnent pour des raisons industrielles ou financières. Au cours de la vie série d un système, il peut être nécessaire d améliorer son fonctionnement ou ses performances. Pendant sa phase de production, un équipement électronique peut être amené à être utilisé dans un autre système, avec des évolutions mineures de spécifications et de conception.

Multi-sources : Evolution : Réutilisation : Un changement de fournisseur de composant.

12 projet SEISME - OBJECTIFS REPONDRE à des besoins exprimés par les industriels de l électronique embarquée : Pour disposer de nouveaux processus pour traiter par simulation numérique la non régression des performances CEM, Pour réduire le nombre d essais CEM. Objectif 1 : Développer le Prototypage Virtuel Définition d outils, de modèles, de méthodes de test et de calcul pour l analyse CEM lors d une modification de composants ou d équipements électroniques durant leur vie série. Objectif 2 : Renforcer le Test Virtuel Réduction du nombre de tests de requalification CEM d un équipement et d un système, Réduction des délais et des coûts de ces essais CEM. Objectif 3 : Proposer des standards de modèles Création d un projet unifié au sein des comités normatifs internationaux de la CEI (Comité Electrotechnique International) regroupant des propositions de modèles et de méthodes d extractioncomposants/carte/equipement électroniques.

Objectif 1 : Développer le Prototypage Virtuel Définition d outils, de modèles, de méthodes de test et de calcul pour l analyse CEM lors d une modification de composants ou d équipements

13 projet SEISME - LES PARTENAIRES Acteurs Groupes Industriels AIRBUS, EADS IW, GERAC CONTINENTAL, MEAS, RENAULT, VALEO Acteurs Industriels PME CST, SERMA, STUDELEC NEXIO Plateforme EPEA Acteurs de la Formation et de la Recherche ESEO, IMS Bordeaux, IRSEEM, ONERA, SATIE, INSAT Budget global l : k Aide publique : k Effort en hommes ans : 86 Durée du projet : 3 ans,

de la Formation et de la Recherche ESEO, IMS Bordeaux, IRSEEM, ONERA, SATIE, INSAT Budget global

14 projet SEISME - TRAVAUX PREVUS WP 0 EADS IW France Management Accord de Consortium, dissémination WP 1 CONTINENTAL Traitement des évolutions des composants pour la validation et la qualification CEM d'une carte électronique. WP 2 IRSEEM / AIRBUS WP 3 EADS IW WP 4 GERAC WP 5 EADS IW Analyse des changements d une ou plusieurs cartes pour la validation et la qualification CEM d'un équipement. Gestion des évolutions des modules de puissance pour la validation et la qualification CEM d'un équipement. Traitement des modifications d un équipement pour la validation et la qualification CEM d un système électronique. Développement de méthodologies pour les modèles CEM, émission et immunité.

WP 2 IRSEEM / AIRBUS WP 3 EADS IW WP 4 GERAC WP 5 EADS IW Analyse des changements d une ou plusieurs cartes pour la validation et la qualification CEM d'un équipement.

15 Avancement du projet 04 Avril 2011 Q1 Q2 Q3 Q Label Aerospace Valley 5 Décembre 2010 kickoff démonstrateurs, méthodes, techniques, outils Q1 Q2 Meeting T0+12 Q3 Q4 24 Avril 2011 Mesures et Modélisation 2013 CEM 12 Rouen Q1 Q2 Q3 Q4 Simulation et synthèse 2014 Q1 Q2 Q3 Q4 Revue finale

outils Q1 Q2 Meeting T0+12 Q3 Q4 24 Avril 2011 Mesures et Modélisation

16 EADS IW EMC laboratory EMC laboratory Target : Run EMC test to extract EMC model parameters Develop new EMC for modelling, RFIP, ImScan Support Black Box approach Valid White Box Approach EMC laboratory Test Bench : Measurement in frequency domain, RF Measurement Measurement in time domain, Pulse Measurement Impedance model: S parameters Immunity Test Bench Equipment level DO160 : BCI, Antenna, MSC, NFS IC Level IEC : BCI, DPI, TEM, NFS, LIHA Emissions Test Bench Equipment level DO 160 : Conducted, Radiated, NFS IC Level IEC : 1 /150 method, TEM EMC laboratory Works Give to BU models and method in obsolescence analysis Improve Virtual design in embedded electronics Start a future Virtual testing process for qualification

Equipment level DO160 : BCI, Antenna, MSC, NFS IC Level IEC 62132 : BCI, DPI, TEM, NFS, LIHA Emissions Test Bench Equipment level DO 160 : Conducted, Radiated, NFS IC Level IEC 61967 :

17 EMC modelling roadmap Integrated g Circuit : I C ICEM ICIM Electronic Board : E B EBEM EBIM Equipement i t : E Q EQEM EQIM Non Linear effect modelling PDN : Impedance Z(f) versus the input signal level High frequency modeling 5GHz et 18GHz Pulse model of immunity Definition in time domain of a Model EFT, ESD, lightning Starting an IEC project for a general standard Use IEC committee

signal level High frequency modeling 5GHz et 18GHz Pulse model of immunity Definition in time

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