CN111175640B - 一种改进型集成电路tem小室辐射发射测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路测试技术领域，公开一种集成电路TEM小室测量系统及方法，以获取测试的多维数据确保测试的准确度。本发明系统包括：TEM小室，用于接收被测芯片发射的电磁场；电磁干扰测试接收机，通过射频线与所述TEM小室相连，用于采集所述TEM小室发出的电磁场信号；电源，用于向被测芯片供电；计算机及相应的控制软件，用来控制和监控测试接收机和相应的测试组件；其中，所述TEM小室包括手电筒形场探头，所述TEM小室测试窗为圆形并配备带有刻度的圆形隔离环；所述TEM小室的外壁设有与所述圆形隔离环上刻度相对应的参照标识；所述手电筒形场探头与所述圆形隔离环之间设有发生角度旋转用的滑移结构。

Description

一种改进型集成电路TEM小室辐射发射测量装置及方法
技术领域
本发明涉及集成电路测试技术领域，尤其涉及一种集成电路TEM(TransverseElectromagnetic Wave，横电磁波室)小室测量系统及方法。
背景技术
国内电磁兼容研究主要集中在系统级设备和产品，而专门针对集成电路电磁兼容起步较晚，虽逐步与世界前沿研究方向接轨，但仍有很大差距。在前沿领域采用的往往是国外高性能、高可靠性的IC产品，系统和集成电路的EMC主要是靠国外公司把关。我国还没有国家级的集成电路EMC的测试验证标准，只是在个别应用中考虑到芯片级的EMC问题。随着我国国产芯片、航天航空、汽车电子等行业的发展，我国从国家层面及各行业内部都开始大力研发自主知识产权的高性能，高可靠性IC芯片。
近年来越来越多的电路设计人员和应用人员开展集成电路的EMC设计和测试方法的研究，EMC性能已成为衡量集成电路性能的又一重要技术指标。随着集成电路集成度的提高，越来越多的元件集成到芯片上，电路的功能和密度增加了，传输脉冲电流的速度提高了，工作电压降低了，集成电路本身的电磁干扰与抗干扰问题已成为集成电路的设计、制造业关注的课题。集成电路EMC的研究不仅涉及集成电路自身的电磁干扰与抗扰度测试和设计方法研究，而且有必要与集成电路的应用相结合，将强制性标准对设备和系统的EMC要求，结合到集成电路的设计中，使电路更易于设计出符合标准的最终产品。电磁干扰小、抗干扰能力强的集成电路更有利于产品的EMC设计，可以减少系统设计的负担，节约滤波、屏蔽等措施的费用，因此开展集成电路的EMC设计和检测研究能为电路的应用提供设计指南，节约最终产品的成本。
TEM小室法是在电磁兼容测试中应用较为广泛的，是在TEM小室的基础上建立起来的一种电磁干扰测量方法。TEM小室中间的矩形部分开了一个与被测线路板相适应的矩形窗口，用于放置装有被测集成电路的专用评估线路板，该PCB板的内侧为被测的集成电路，外侧为集成电路的外围电路及辅助设备的连接端。测到的辐射发射主要来源于被测芯片。被测芯片的高频电流在内部互连线上流动，内键合丝、管脚充当了辐射发射天线。当测试频率低于TEM小室的一阶高次模频率时，只有主模TEM模传输，传递到两同轴负载的功率与被测PCB板上试品的电流平方成正比，这样通过测试同轴输出端的频谱就能评估线路板上集成电路的电磁发射性能。该方法的缺点是需制作适用于TEM小室矩形窗口的的测试板，在电路电磁发射源多的情形下测试板对测试结果的影响较大。另一方面由于现有的TEM小室的测试板窗口为方形，这也就限制了测试角度只能以90°的倍数来旋转。而实际的集成电路内部的电磁波可能存在非垂直或水平的电磁发射结构。这些结构的辐射发射可能不会出现在90°倍数的角度上。此外，TEM小室测的是横电波混合场，不能实现研究单一电场或单一磁场，这是目前TEM小室在测试上一个弊端。
从上述分析可知，集成电路电磁兼测试中，针对集成电路TEM小室辐射发射测量一方面需要实现任意角度的辐射发射测试；另一方面需发展国家级的集成电路EMC的测试验证标准，以此来支撑集成电路TEM小室辐射发射测量。
发明内容
本发明目的在于公开一种集成电路TEM小室测量系统及方法，以获取测试的多维数据确保测试的准确度。
为达上述目的，本发明公开一种集成电路TEM小室测量系统，包括：TEM小室，用于接收被测芯片发射的电磁场；电磁干扰测试接收机，通过射频线与所述TEM小室相连，用于采集所述TEM小室发出的电磁场信号；电源，用于向被测芯片供电；计算机及相应的控制软件，用来控制和监控测试接收机和相应的测试组件；其中，所述TEM小室包括手电筒形场探头，所述TEM小室测试窗为圆形并配备带有刻度的圆形隔离环；所述TEM小室的外壁设有与所述圆形隔离环上刻度相对应的参照标识；所述手电筒形场探头与所述圆形隔离环之间设有发生角度旋转用的滑移结构。
为达上述目的，本发明还公开一种集成电路TEM小室测量方法，包括：
部署如上所述的集成电路TEM小室测量系统；
在测试过程中，按小于90度的任意步长切换手电筒形场探头上参照标识与圆形隔离环上刻度盘之间不同相对角度，分别测试各相对角度所对应的被测芯片不通电状态下的噪声和通电状态下的辐射数据，结合不同相对角度上的测量数据进行数据分析。
优选地，在测试过程中，被测芯片的最低发射电平高于噪声电平至少6dB；以避免环境噪音对测试结果的不良影响。
本发明具有以下有益效果：
通过切换手电筒形场探头上参照标识与圆形隔离环上刻度盘之间不同相对角度获取多维的测量数据，从而为最终测量结果的统计分析奠定可信的数据集，整体结构简单实用、操作便利；而且测量精度，尤其是对环境噪声的感知度都得到了极大的提升。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的集成电路TEM小室测量系统示意图。
图2是对比的传统TEM小室测量系统示意图。
图3是传统TEM小室0度角状态示意图。
图4是对应图3的测试结果示意图。
图5是传统TEM小室90度角状态示意图。
图6是对应图5的测试结果示意图。
图7是本发明实施例公开系统0度角状态示意图。
图8是对应图7的测试结果示意图。
图9是本发明实施例公开系统30度角状态示意图。
图10是对应图9的测试结果示意图。
图11是本发明实施例公开系统60度角状态示意图。
图12是对应图11的测试结果示意图。
图13是本发明实施例公开系统90度角状态示意图。
图14是对应图13的测试结果示意图。
其中，图3、5、7、9、11及13对应电磁干扰测试接收机和计算机相关软件参数等TEM小室之外的测试环境一致。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一
本实施例公开一种集成电路TEM小室测量系统。
如图1所示，本实施例系统包括：
TEM小室100，用于接收被测芯片发射的电磁场。
电磁干扰测试接收机200，通过射频线与所述TEM小室相连，如图中的TEM小室输出端101；该电磁干扰测试接收机用于采集所述TEM小室发出的电磁场信号。
电源，用于向被测芯片供电。
计算机300及相应的控制软件，用来控制和监控测试接收机和相应的测试组件。
本实施例中，所述TEM小室包括手电筒形场探头，参照图7、9、11及13，所述TEM小室测试窗102为圆形并配备带有刻度的圆形隔离环；所述TEM小室的外壁设有与所述圆形隔离环上刻度相对应的参照标识；所述手电筒形场探头与所述圆形隔离环之间设有发生角度旋转用的滑移结构。优选地，所述圆形隔离环设有不同高度的至少两级台阶以对应不同口径大小的至少两个所述手电筒形场探头。可选的，所述手电筒形场探头为对混合电磁场进行分类的电场探头、磁场探头。
如图1所示，本实施例TEM小室测试窗与接地板之间连接有固定用的铜箔胶带103。参照图7、9、11及13，所述接地板可为圆形；在所述接地板的中间部分设有对应所述被测芯片的PCB测试板的固定结构(如图示中的矩形部分)。
作为对比，传统的集成电路TEM小室辐射发射测量装置如图2所示，其包括：TEM小室400。参照图3及图5，该传统装置的核心本质上是一条传输线，其横截面为矩形，传输线阻抗为50欧姆。该传统TEM小室的两端各为锥形，以适应传统的50欧姆同轴连接器(即负载403)。TEM小室产生的波的特征是正交电场(E)和磁场(H)。该TEM波具有377欧姆的特征阻抗，通常被称为平面波。被测芯片放置于测试窗402；TEM小室400输出端401通过射频线与电磁干扰测试接收机200输入端相连接，电磁干扰测试接收机200输出端通过射频线连接到PC，PC和EMC32控制软件300控制整个系统。
传统的集成电路TEM小室辐射发射测量案例如图3、5所示；因为其测试窗为正方形，其只能测试0°、90°、180°、270°方向的发射情况。图3、5分别为传统TEM小室辐射发射测试方向为0°、90°的示意图，图4、图6分别为对应的测试结果示意图。
作为对比，如图7、9、11及13，本发明实施例能以30度的步长(在其他应用场景中，也可以以刻度盘的最小单位为倍数进行合理设置)进行多维角度的测试。其对应的测试结果分别如图8、10、12及14所示。
将本实施例测试结果与对比实施例进行对比可知：
传统TEM小室辐射发射测试在测试方向为90°的时候，所示噪声为26.32dBμV，几乎为低噪，可见传统TEM小室辐射发射测试没有测到明显的噪声；对比改进型TEM小室辐射发射的测试结果，其方向为90°时，噪声为35.49dBμV，有明显噪声；对比其0°方向的测试结果，传统和改进型TEM小室辐射发射测量噪声结果分别为39.23dBμV、56.27dBμV；被测芯片噪声从0°至90°依次递减，改进型TEM小室辐射发射测试能测到更明显的噪声现象，且可实现芯片辐射发射任意角度的测量。
实施例二
本实施例公开一种集成电路TEM小室测量方法，包括：
步骤S1、部署如上述实施例中的集成电路TEM小室测量系统。
步骤S2、在测试过程中，按小于90度的任意步长切换手电筒形场探头上参照标识与圆形隔离环上刻度盘之间至少三处不同相对角度，分别测试各相对角度所对应的被测芯片不通电状态下的噪声和通电状态下的辐射数据，结合不同相对角度上的测量数据进行数据分析。
优选地，本实施例方法还包括：在测试过程中，被测芯片的最低发射电平高于噪声电平至少6dB；以避免环境噪音对测试结果的不良影响。
例如，可参照的一个具体测试过程可如下：
1、检查测试环境，保持温度：23℃±5℃；电磁环境：噪声电平应至少比测量的最低发射电平低6dB。
2、按照图1要求所述进行连接布置，并通电预热。
3、检查被测芯片的工作状态，对测试板供电，检查各个部分能否正常工作。
4、对电磁干扰测试接收机设备以及EMC32软件等进行参数设置。其中，基于IC的发射电平存在多个分类，优选根据具体的集成电路测试需求选取不同的发射电平。
5、分别测量0°、30°、60°及90°的环境噪声。给被测芯片掉电，进行传导发射测试，保存测试数据。
6、对被测芯片进行辐射发射测试。给被测芯片供电，进行TEM小室的辐射发射第一次测试测试。记录安装方向为0°，保存相关测试数据。
7、顺时针旋转探头30°，操作软件进行第二次发射测试，记录安装方向为30°，保存相关测试数据。
8、再顺时针旋转探头30°，操作软件进行第三次发射测试，记录安装方向为60°，保存相关测试数据。
9、再顺时针旋转探头30°，操作软件进行第四次发射测试，记录安装方向为90°，保存相关测试数据。
综上，本实施例公开的TEM小室辐射发射测试没有相关标准给与支撑，是基于IEC61967-2规定的集成电路电磁发射测量标准进行测试，该方法可实现芯片辐射发射任意角度的测量，也可实现单一电场或单一磁场的测试，具有一般性。
综上，本发明上述各实施例所分别公开的集成电路TEM小室测量系统及方法，至少具有下述有益效果：
通过切换手电筒形场探头上参照标识与圆形隔离环上刻度盘之间不同相对角度获取多维的测量数据，从而为最终测量结果的统计分析奠定可信的数据集，整体结构简单实用、操作便利；而且测量精度，尤其是对环境噪声的感知度都得到了极大的提升。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成电路TEM小室测量系统，包括：TEM小室，用于接收被测芯片发射的电磁场；电磁干扰测试接收机，通过射频线与所述TEM小室相连，用于采集所述TEM小室发出的电磁场信号；电源，用于向被测芯片供电；计算机及相应的控制软件，用来控制和监控测试接收机和相应的测试组件；其特征在于，所述TEM小室包括手电筒形场探头，所述TEM小室测试窗为圆形并配备带有刻度的圆形隔离环；所述TEM小室的外壁设有与所述圆形隔离环上刻度相对应的参照标识；所述手电筒形场探头与所述圆形隔离环之间设有发生角度旋转用的滑移结构;
所述圆形隔离环设有不同高度的至少两级台阶以对应不同口径大小的至少两个所述手电筒形场探头；
所述集成电路TEM小室测量系统在测试过程中，按小于90度的任意步长切换手电筒形场探头上参照标识与圆形隔离环上刻度盘之间不同相对角度，分别测试各相对角度所对应的被测芯片不通电状态下的噪声和通电状态下的辐射数据，结合不同相对角度上的测量数据进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手电筒形场探头为对混合电磁场进行分类的电场探头、磁场探头。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述TEM小室测试窗与接地板之间连接有固定用的铜箔胶带。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接地板为圆形。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述接地板的中间部分设有对应所述被测芯片的PCB测试板的固定结构。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
在测试过程中，被测芯片的最低发射电平高于噪声电平至少6dB。
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