EMC計算方法概述

2021/11/16

大家好！我是ROHM的稻垣。
本文是第16篇，從本文開始我們來談一談電磁兼容性（EMC）的計算方法和仿真。
說起EMC，毫不夸張地說，是否符合EMC國際標準是判斷半導體集成電路（LSI）完善度的標準，也是是否采用相應產品的絕對條件。因此，負責EMC的工程師主要在用來測試試制品和量產品的EMC測試場地或消聲室工作。在我們ROHM公司，在測試方面要求始終注意“測試的準確性和再現性”。如字面意思所表達的，測試準確性需要通過提高測試精度，追求接近真值的測試值，因此需要環境構建和測試技術。而測試再現性則意味著同一樣品無論測試多少次都可以獲得相同的測試值。由于EMC實測值的最大值和最小值范圍很寬（例如60dB～100dB），因此在設計半導體集成電路（LSI）的電路時，對精度（比如0.1dB）要求不高也是一個特點。但是，這些都是非常重要的指標，而且這些指標與后面要介紹的EMC計算方法也密切相關。
關于EMC相關的計算方法，很多EDA供應商都出售電磁場分析工具，這些工具在EMC工程師中也有不同的用途。我認為其中最常見的用途是印刷電路板（PCB）的仿真。近年來，印刷電路板（PCB）的層數逐漸增多，有助于減少旨在消除EMC問題的試制次數和試制時間。如果能夠通過仿真來判斷是否符合EMC國際標準，那么對于LSI供應商來說無疑是非常方便的事，但目前世界上貌似還沒有相應的仿真工具。
因此，我稍微調查了一下目前世界上有多少與EMC計算和仿真相關的概念。國際電工委員會（IEC）對半導體集成電路（LSI）的EMC模型進行了定義，并發布了下面的內容。順便提一下，Part 5目前尚未定案。

IEC 62433標準

下面這兩項是這些標準中非常重要的定義，是非常重要和基礎的概念，既適用于傳導，也適用于輻射。

有幾種有效的計算方法。數據同化（Data Assimilation）是將實測值輸入到模型中以獲得高精度結果的技術，該技術已在天氣預報和地震觀測領域得到實際應用。最近的新聞報道稱，日本理化學研究所RIKEN將利用這一數據同化技術，著手計算新型冠狀病毒的流行感染情況。可以說它是實測值與計算值的融合技術，從以往的“只看實測”和“只看仿真”的思路中向前邁進了一大步。
此外，一種稱為“降噪”（Noise Reduction）的方法也非常有效。在EMC現象中，實測值和計算值都是非常龐大的數據，如果直接使用針對每個頻率的值，將很難得到預期的結果。因此，業內開發了這種降噪方法。不過這種方法具體執行起來很簡單，就是對實測值和計算值進行包絡檢波（Envelope-demodulation），這種方法大大扭轉了業內所面臨的這種難題。
這些是關于EMC計算和EMC仿真的概念。另外，只要利用電路分析、電磁場分析、數值分析來創建shell腳本，似乎就可以嘗試進行市場上還沒有的EMC國際標準合規性判斷。順便提一下，在試行計算方法中，各種分析的區分使用如下：

作為參考，在下面列出了目前電磁兼容性（EMC）的試行計算方法示例。由于主角是半導體集成電路（LSI），因此在這里無法計算到應用產品和系統，但業內為了逐步增加可以判斷的EMC國際標準項目，正在推進相關的研究、開發和試行計算。從下一次開始，我將依次為大家介紹其中一些有代表性的計算方法。

本次內容基本就是這些，可能有人注意到從本文開始我們探討的內容難起來了。說實話，恐怕這個主題相關的內容僅憑這個專欄是不足以詳細介紹完的。從事半導體集成電路（LSI）設計和對該領域感興趣的讀者，可以在參閱下面這本書的同時閱讀本專欄的相關內容。

《LSI的EMC設計》，科學信息出版株式會社，2018年2月第一版，ISBN978-4-904774-68-7。
目前，關于半導體集成電路（LSI）的電磁兼容性（EMC）設計的出版物很少。本書盡可能地不使用數學公式，而是以通俗易懂的方式幫助讀者俯瞰現象并掌握概念。關于EMC仿真，也是從基礎寫起的，希望大家可以將其作為本專欄的補充資料充分利用。此外，今后我將在專欄末尾列出用來補充本專欄所介紹內容的書籍參考頁碼，如下所示：

◆IEC 62433標準簡介：第5章 通過現象驗證半導體集成電路的電磁兼容性（1）p.124～
◆EMC仿真簡介：第6章 通過現象驗證半導體集成電路的電磁兼容性（2）p.139～

感謝您閱讀本文。

審核編輯黃宇