JP6267918B2 - ノイズ源を含むデバイスの評価方法 - Google Patents
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Description
図1は、DPIテストの第1構成例を示すブロック図である。DPIテストは、国際電気標準会議(IEC[international electrotechnical commission])で標準化された半導体集積回路用EMS[electromagnetic susceptibility]検証法の一つ(IEC62132−4)であり、被試験デバイス10(以下、DUT[device under test]10と呼ぶ)のほか、ノイズ源部20、検知部30、コントローラ40、バッテリ50、及び、電源フィルタ60などを用いて実施される。
図2は、DPIテスト結果(誤動作電力周波数特性)の一例を示す図である。なお、本図の横軸は高周波ノイズ信号の発振周波数[Hz]を示しており、縦軸は高周波ノイズ信号の注入電力[dBm]を示している。本図では、DPIテストの結果として高周波ノイズ信号の発振周波数毎にLSI11が誤動作を起こす限界の注入電力がプロットされている(図中の実線を参照)。すなわち、図中の実線は誤動作境界となるので、これより上側の領域(I)は誤動作領域となり、これより下側の領域(II)は正常動作領域となる。
図3は、Sパラメータ測定の一例を示す図である。Sパラメータとは、DUT10やLSI11の周波数特性を表すパラメータであり、回路網の電力通過特性や電力反射特性を示すものである。例えば、図3で例示したSパラメータ|S11|は、2端子対回路(4端子回路網)において、第1端子から信号を入力したときに同第1端子に反射する信号の割合(反射損失)を示している。2端子対回路では、第1端子の反射損失(|S11|)以外にも、第1端子から第2端子への挿入損失(|S21|)、第2端子から第1端子への挿入損失(|S12|)、及び、第2端子の反射損失(|S22|)が測定される。なお、LSI11については単体のSパラメータを測定すればよく、DUT10についてはLSI実装時のSパラメータを測定すればよい。
図4は、等価回路化の一例を示す図である。DUT10とLSI11のSパラメータから、LSI11とこれを搭載するPCBの等価回路化を行う。等価回路化に際しては、例えば、本図で示したように、LSI11を抵抗R、インダクタL、コンデンサCの直列回路とみなしたり、PCBを配線パターンのインダクタLと搭載部品(コンデンサCなど)で表したりすればよい。
図5は、AC解析の一例を示す図である。LSI11及びこれを搭載するPCBの等価回路に対してAC解析を行う。なお、交流電圧Vs[Vrms]を生成するAC信号源としては、50Ω系の交流電圧源を用いればよい。このとき、LSI11の所定部分に流れる端子電流I_LSI、及び、LSI11の所定点間に現れる端子電圧V_LSIは、それぞれ、次の(1a)式及び(1b)式で示すように、交流電圧Vsの関数として表すことができる。
V_LSI=fV(Vs) …(1b)
V_LSI=fV(Vs)=fv(√(Pi×200))=gV(Pi) …(3b)
図6は、誤動作電流周波数特性と誤動作電圧周波数特性の一例を示す図である。先出の(3a)式及び(3b)式にDPIテストの結果(LSI11が誤動作を起こす限界の注入電力Pi)を代入すると、高周波ノイズ信号の発振周波数毎に、LSI11が誤動作を起こす限界の端子電流I_LSIと端子電圧V_LSIが得られる。
図7は、図6で示した誤動作電流周波数特性及び誤動作電圧周波数特性(実線)と、到達電流周波数特性及び到達電圧周波数特性(破線)との比較例を示す図である。到達電流周波数特性とは、LSI11を含む測定対象回路ユニットまたはその模擬ユニットに対して所定のイミュニティテスト(詳細は後述)を行なったときにLSI11の所定部分に到達して流れる到達電流I_arrの周波数特性である。一方、到達電圧周波数特性とは、上記のイミュニティテストを行ったときにLSI11の所定点間に到達して現れる到達電圧V_arrの周波数特性である。
図8は、BCIテストの一構成例を示すブロック図である。BCIテストは、国際標準化機構(ISO[international organization for standardization])で標準化された車載電子機器向けの狭帯域電磁放射エネルギーによる電気的妨害のためのコンポーネント試験方法の一つ(製品用EMS規格:ISO11452−4)である。
図9は、DPIテストの第2構成例を示すブロック図である。第2構成例は、先の第1構成例と基本的に同一であるが、高周波ノイズ信号をDUT10の端子にグラウンド基準で入力するのではなく、高周波ノイズ信号をDUT10のグラウンド端子VEE自体に入力し、LSI11が誤動作を起こす電力の大きさの周波数特性(誤動作電力周波数特性)を求める点に特徴を有する。そこで、第1構成例と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2構成例の特徴部分について重点的に説明する。
図11は、DPIテストの第3構成例を示すブロック図である。第3構成例も第2構成例と同様にして、高周波ノイズ信号をDUT10のグラウンド端子VEE自体に入力し、LSI11が誤動作を起こす電力の大きさの周波数特性(誤動作電力周波数特性)を求めるものである。第2構成例と同様の構成要素については、図9と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3構成例の特徴部分について重点的に説明する。
図12は、DPIテストの第4構成例を示す模式図である。第4構成例は、先の第1構成例〜第3構成例と基本的に同一であるが、DUT10がシールド構造110の内部に配置されている点に特徴を有する。そこで、第1構成例〜第3構成例と同様の構成要素については、図1、図9、ないし、図11と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第4構成例の特徴部分について重点的に説明する。
図13は、高周波ノイズ信号のリターンパスを示す模式図である。なお、DUT10の内部における大破線矢印は、高周波ノイズ信号が注入される任意の端子(ここではグラウンド端子とする)から一番通りやすい経路を通じてDUT10を通過するノイズ伝搬経路を示している。また、DUT10からシールド構造110に向かう小破線矢印は、電波を介したノイズ伝搬経路を示している。また、シールド構造110に沿った実線矢印は、シールド構造110を経由してノイズ源部20に戻る伝導性妨害ノイズを示している。
図14は、DUT10と同軸ケーブル120との間に挿入されるアタッチメントの一構成例を示す模式図である。(A)欄では、同軸ケーブル120、アタッチメント130、及び、DUT10側に設けられたコネクタ140が互いに分離された状態で描写されている。(B)欄では、アタッチメント130を用いて同軸ケーブル120とコネクタ140とを接続した状態が描写されている。(C)欄では、アタッチメント130を用いることなく同軸ケーブル120とコネクタ140とを直接接続した状態が描写されている。
図15は、複数の電気回路を含むデバイスの一構成例を示す模式図である。本構成例のシステムボード210は、複数の半導体集積回路装置211〜214(以下では、LSI211〜214と呼ぶ)をプリント配線基板215(以下では、PCB215と呼ぶ)上に搭載したデバイスである。LSI211〜214は、それぞれ、PCB215上のプリント配線216に接続されている。
図17は、外部ノイズと内部ノイズの流入経路を示す模式図である。これまでに説明してきたEMC[electro-magnetic compatibility]モデルでは、本図(A)欄で示すように、外部ノイズ源310から電気回路320に外部ノイズ信号を注入することによって、被試験デバイス300(ないしは電気回路320)の評価が行われる。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
11 対象電気回路(LSI)
20 ノイズ源部
21 シグナルジェネレータ
22 RFアンプ
23 双方向性結合器
24 進行波側パワーセンサ
25 反射波側パワーセンサ
26 パワーメータ
27 カップリングコンデンサ
28 50Ω伝送線路
30 検知部(オシレータなど)
31 高インピーダンス部品
40 コントローラ(パソコンなど)
50 バッテリ
60 電源フィルタ
61、62 電源インピーダンス安定回路網(LISN)
70 ワイヤーハーネス
80 インジェクショントランス
100 測定対象回路ユニット
110 シールド構造(シールドルーム、シールドボックスなど)
120 同軸ケーブル
121 外部導体
122 内部導体
130 アタッチメント
131 外部導体
132 内部導体
140 コネクタ
141 外部導体
142 内部導体
210 システムボード
211〜214 半導体集積回路装置
215 プリント配線基板
216 プリント配線
220 ベアチップ
221〜224 回路ブロック
225 ウェハ
230 半導体集積回路装置(マルチチップ型)
231〜234 ベアチップ
235 リードフレーム
240 モジュール(マルチチップ型)
241〜244 ベアチップ
245 モジュール基板
250 パワーモジュール
251、252 パワー素子
253 ケース
300 被試験デバイス(プリント配線基板)
310 外部ノイズ源
320 電気回路
400 被試験デバイス(プリント配線基板)
410 第1電気回路(ノイズ源)
420 第2電気回路
500、510、520、530、540、550 デバイス
501a、501b、511、521、531、541、551 第1電気回路
502a〜502d、512、522、532、542、552 第2電気回路
503、513、523a、523b、543、553 プリント配線基板
504 システムボード
505 ケース
524 ケーブル 544 ボンディングワイヤ
554 ビア
Claims (13)
- ノイズ源となる第1電気回路とノイズ信号によって誤動作する可能性のある第2電気回路とを含むデバイスの評価方法であって、
前記第2電気回路が誤動作を起こす限界のノイズ信号の大きさを前記第2電気回路に注入される電力で表した誤動作電力周波数特性を求めるステップと;
前記誤動作電力周波数特性から、前記第2電気回路が誤動作を起こす限界のノイズ信号の大きさを前記第2電気回路の所定部分に流れる電流で表した誤動作電流周波数特性、及び、前記第2電気回路が誤動作を起こす限界のノイズ信号の大きさを前記第2電気回路の所定点間に現れる電圧で表した誤動作電圧周波数特性をそれぞれ求めるステップと;
前記第1電気回路から前記第2電気回路に到達する内部ノイズ信号の大きさを表した内部ノイズ到達周波数特性として、前記内部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定部分に到達して流れる電流を表した内部ノイズ到達電流周波数特性、及び、前記内部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定点間に到達して現れる電圧を表した内部ノイズ到達電圧周波数特性をそれぞれ求めるステップと;
前記誤動作電流周波数特性及び前記誤動作電圧周波数特性と前記内部ノイズ到達電流周波数特性及び前記内部ノイズ到達電圧周波数特性をそれぞれ比較するステップと;
を有することを特徴とするデバイスの評価方法。 - 前記内部ノイズ到達周波数特性は、前記第1電気回路の実測ノイズ特性、前記第1電気回路の等価回路、及び、前記デバイス全体の等価回路に基づいて求められることを特徴とする請求項1に記載のデバイスの評価方法。
- 前記第1電気回路の等価回路、及び、前記デバイス全体の等価回路は、それぞれSパラメータに基づくことを特徴とする請求項2に記載のデバイスの評価方法。
- 前記デバイスの外部から前記第2電気回路に到達する外部ノイズ信号の大きさを表した外部ノイズ到達周波数特性として、前記外部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定部分に到達して流れる電流を表した外部ノイズ到達電流周波数特性、及び、前記外部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定点間に到達して現れる電圧を表した外部ノイズ到達電圧周波数特性をそれぞれ求めるステップと;
前記誤動作電流周波数特性及び前記誤動作電圧周波数特性と前記外部ノイズ到達電流周波数特性及び前記外部ノイズ到達電圧周波数特性をそれぞれ比較するステップと;
をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のデバイスの評価方法。 - 前記誤動作電力周波数特性は、DPI[direct RF power injection]試験結果であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のデバイスの評価方法。
- ノイズ源となる第1電気回路とノイズ信号によって誤動作する可能性のある第2電気回路とを含むデバイスと;
前記第1電気回路から前記第2電気回路に到達する内部ノイズ信号の大きさと前記第2電気回路の誤動作との関係を示すデータを提供するデータ提供手段と;
を有し、
前記データは、
前記第2電気回路が誤動作を起こす限界のノイズ信号の大きさを前記第2電気回路の所定部分に流れる電流で表した誤動作電流周波数特性と、
前記第2電気回路が誤動作を起こす限界のノイズ信号の大きさを前記第2電気回路の所定点間に現れる電圧で表した誤動作電圧周波数特性と、
前記内部ノイズ信号の大きさを前記内部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定部分に到達して流れる電流で表した内部ノイズ到達電流周波数特性と、
前記内部ノイズ信号の大きさを前記内部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定点間に到達して現れる電圧で表した内部ノイズ到達電圧周波数特性と、
を含むことを特徴とするデバイスセット。 - 前記データは、前記デバイスの外部から前記第2電気回路に到達する外部ノイズ信号の大きさを表した外部ノイズ到達周波数特性として、前記外部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定部分に到達して流れる電流を表した外部ノイズ到達電流周波数特性、及び、前記外部ノイズ信号が前記第2電気回路の前記所定点間に到達して現れる電圧を表した外部ノイズ到達電圧周波数特性をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のデバイスセット。
- 前記内部ノイズは、前記第1電気回路のグラウンドから前記第2電気回路のグラウンドに伝播することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のデバイスセット。
- 前記第1電気回路はパワーデバイスであり、前記第2電気回路はコントロールチップであることを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載のデバイスセット。
- 前記第1電気回路と前記第2電気回路は、モジュール構造を成すことを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載のデバイスセット。
- 前記第1電気回路と前記第2電気回路は、単一のプリント配線基板に配置されていることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載のデバイスセット。
- 前記第1電気回路と前記第2電気回路は、複数のプリント配線基板にそれぞれ配置されており、前記複数のプリント配線基板間がケーブルで結合されていることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載のデバイスセット。
- 前記第1電気回路と前記第2電気回路は、積層LSI内の異なる層にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載のデバイスセット。
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