EMC of ICs

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• EMRIC
• Evaluation de leffet du vieillissement sur la
  compatibilité électromagnétique
• Octobre 2009
• www.ic-emc.org
• Alexandre Boyer, alexandre.boyer_at_insa-toulouse.fr
  

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Problématique

• Limite en émission/susceptibilité

• Pour garantir la compatibilité électromagnétique,
  les niveaux démission et de susceptibilité des
  circuits ne doivent pas dépasser une limite
  donnée.
• Cependant, est-ce suffisant pour garantir la
  compatibilité électromagnétique ?

Emission
Susceptibilité
Limite en émission
Limite en susceptibilité
fréquence
fréquence
Respect des limites ?
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Problématique

• Marge CEM

• Les niveaux réels démission et de susceptibilité
  ne peuvent être parfaitement connus, car ils sont
  sujets à des distributions statistique.
• Les sources de variabilité sont
• Les erreurs systématiques dues au banc de mesure
• Les erreurs de répétabilité de mesure
• Les écarts process entre composants
• Leffet du vieillissement
• Nécessité de définir une marge démission/suscepti
  bilité pour garantir une probabilité de
  dépassement de niveau suffisamment faible.

Densité de probabilité (pour une fréquence
donnée)
Niveau moyen
Probabilité de non respect des limites démission
Limite en émission
Marge
Niveau démission
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Problématique

• Effet du vieillissement sur les marges CEM ?

• Si le vieillissement des circuits fait augmenter
  les niveaux démission, diminuer les niveaux
  dimmunité ou accroître la dispersion entre
  composants, la probabilité de ne pas garantir la
  CEM augmente
• Ce qui peut avoir un impact non négligeable sur
  la sécurité fonctionnelle à léchelle dun
  système électronique.
• Comment évaluer cet impact ?

Niveau moyen après vieillissement
Niveau moyen avant vieillissement
Densité de probabilité
Limite en immunité
Augmentation du risque de ne pas garantir la CEM
probabilité derreur
Niveau dimmunité
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Méthodologie

• Comment évaluer limpact du vieillissement dun
  circuit sur la sécurité fonctionnelle dun
  système électronique ?

• On ne prend en considération que le circuit et
  son environnement le proche (capacité de
  découplage )
• On mesure les niveaux CEM avant/après
  vieillissement.
• On évalue les erreurs dues à la mesure, à la
  répétabilité et à lécart process. On suppose que
  les distributions sont gaussiennes.
• On évalue leffet du vieillissement sur les
  niveaux CEM (variations du niveau moyen et de la
  dispersion)
• Calcul des probabilités derreurs avant et après
  vieillissement.

• Lensemble des opérations mathématiques sont
  effectuées avec IC-EMC v2.0.

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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Evaluation de lerreur de mesure

• Trois sources derreur de mesure
• Facteur de couplage du coupleur directionnel
• Wattmètre
• Détection du critère par loscilloscope

Lecture de la puissance incidente
Signal Synthesizer
Détection défaillance
Wattmètre
Device under test
Directional coupler
Amplifier
Bias tee
Oscilloscope
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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Evaluation de lerreur de mesure

• Cf CISPR 16-4 Uncertainties in standardized
  EMC tests
• On suppose que les incertitudes de mesure de
  chaque appareil sont indépendantes des autres
  appareils.

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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Evaluation de lerreur de répétabilité

• Ecart type calculé à partir de N mesures faites
  sur le même circuit.
• On la suppose indépendante du vieillissement.
• On applique un facteur délargissement pour
  garantir un indice de confiance de la mesure de
  répétabilité avec un faible nombre de mesures N.

Répétabilité - 5 échantillons
Répétabilité moyenne sR M 0.3 dB
Répétabilité élargie sR M 0.83 dB
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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Evaluation de l écart process

• Ecart type calculé à partir dune mesure faite
  sur N échantillons.
• Celui-ci doit être calculé avant et après
  vieillissement
• On applique un facteur délargissement pour
  garantir un indice de confiance de la mesure de
  répétabilité avec un faible nombre de mesures N.

Dispersion process - 5 échantillons
Dispersion avant vieillissement sP B 0.32 dB
Dispersion après vieillissement sP A 0.82 dB
Après
Avant
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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Variation des niveaux dimmunité après
  vieillissement

• Calcul des valeurs moyennes du niveau dimmunité
  avant et après vieillissement sur N échantillons
• Calcul des dispersions du niveau dimmunité avant
  et après vieillissement sur N échantillons (écart
  process)

XB Emission or immunity level of sample i
before aging XA Emission or immunity level of
sample i after aging N Number of samples
Dérive niveau dimmunité - 5 échantillons
Dérive moyenne immunité ?A -0.57 dB
Dérive dispersion process ? sP A 0.5 dB
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Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Calcul des probabilités derreur

Densité de probabilité

• On calcule les probabilités derreur avant et
  après vieillissement.
• On suppose que la distribution statistique des
  niveaux dimmunité avant et après vieillissement
  est gaussienne

Limite en immunité
Niveau dimmunité

• On suppose une limite de susceptibilité constante
  à 12 dBm par exemple
• Quelle est la probabilité de passer sous ce seuil
  ?

PLimit 12 dBm
12
Exemple immunité test chip ST 65 nm

• Calcul des probabilités derreur (niveau
  inférieur à 12dBm)

Erreur max avant vieillissement Perr max 8e-6
Erreur max après vieillissement Perr max
2.35e-3