测量近场以上ICs或开放的死与精确定位探针是一种新的工具,工程师检测和解决电磁干扰水平。
Bannewitz Jorg黑客,兰格EMV-Technik GmbH,德国
文摘
今天,工程师们更少的时间来开发电子电路。投放市场的时间越来越短,产品的需求增加。这意味着将会有更少的时间解决问题的发展,尤其是EMC。此外,低噪声排放的发展印刷电路板(pcb)的趋势越来越困难,因为更高的集成密度和更快的时钟周期,以及集成越来越多的散热器像无线功能的集成电路(IC)。在此基础上,它是越来越重要的获得所有必要的信息的所有电气部件之前,他们将被放置在客户多氯联苯。这也适用于EMC-characteristics ICs。因此,集成电路的电磁兼容测量是越来越常见。
介绍小E & H的发展领域探测与精确定位设备扫描IC表面定位H E或字段。设备可以用重复性定位探针5µm。
介绍
ICs的EMC特性必须分为辐射排放的检测和对EMC干扰的免疫力。本文将讨论上述检测的电磁干扰ICs和开放的死与近场探针。根据国际EMC标准ICs,近场探针使用明显超过IEC标准要求(IEC 61697 - 3)中定义的测量参数,如分辨率和频率范围。他们允许开发人员测量电磁干扰发射集成电路和开放的死和精确定位各自的场源的集成电路或死亡。集成电路设计可以在更好的计划的知识集成电路中的电磁兼容问题和最终结果可以验证可证明的测量。因此,可以减少成本和时间发展的新的集成电路或重新设计。也为开发人员基于IC电路的精确检测辐射发射在IC显然是有好处。根据这些信息,可以得出PCB,如应该另外屏蔽的信号或信号/销不辐射的关键。为此,兰格EMV开发基于IEC 61697 - 3近场探针,检测电磁场与精密的µm-range IC的表面。由于他们的高分辨率和灵敏度,近场探针可以不再用手引导但必须精确扫描系统所感动。
测量系统
空间电磁排放时的幅频特性测量需要一个集成电路测试系统架构与下列组件:
- 近场探针
- 扫描仪
- 频谱分析仪
- 电脑+软件(e . g . ChipScan)
图1显示了一个示意图测量集成电路测试系统设置的基于表面扫描方法符合IEC 61967 - 3。
三种类型的探针是必要的检测整个电磁场µm范围的定位精度。为了达到这个目标,兰格EMV发达一些探针,每个探测的一个特例。电探测器用来探测电场。磁场探测器是用来测量磁场。两个磁场探测器是必需的;他们有不同的偏振面:„„H型磁场探测器有一个水平极化和V„„类型磁场探头垂直极化。垂直极化磁场探头的定向模式有两个零值的物理原因。的字段组件位于平面垂直探测器只能探测到旋转HV-field调查。
扫描仪将探针的位置与机械分辨率高,可重复性高。电磁场与高分辨率测量精度应至少20µm和重复性小于5µm。至少四轴是必要的完全检测EMC排放所需的集成电路,三个轴运动在X - Y和z方向,第四是旋转探针,这是必要的垂直磁场探测器。
微探针的基本设计是构建适应兰格EMV扫描仪。此外,安装选项的探针是建立适合普通扫描仪系统。
第三部分的测量系统是电脑控制和测量软件。功能:(1)所有连接设备的检测;(2)控制扫描仪系统;(3)频谱分析仪的初始化;(4)检测频谱分析仪的测量结果;(5)测量结果的可视化描述。EMC排放测量ICs提供大量的数据编译在六个维度在数据库中。不是所有六个维度可以图形化地同时,因此减少,表示可行的五个维度。
图2显示了一个示例的一个卷横向磁场探针扫描在一个集成电路。
该软件允许执行自动扫描。每个扫描卷可以很容易地定义在ChipScan通过脚本和可执行。
近场探针
探针设计
微探针的IEC 61697 - 3描述了参数,例如机械施工、频率范围和分辨率。根据规范,探针尖端由半刚性电缆与单个线圈测量电磁排放。这种测量设置的缺点是,它无法区分探测器尖端测量电压和磁场或电场。因为这个兰格EMV设计两种不同类型的探针,测量电场的一个类型,第二个用于测量磁场。磁场探测器是另外屏蔽电场的耦合。因此,微探针分别允许用户检查电和磁排放IC和模具表面,如焊接线和针。还可以测量导体或IC-Pin上方的磁探针和结论对当前,流经导体。
目前最小的位置分辨率,可以实现用一个电探针是µm 65元。图3显示了左斜探头的通用结构。电极之间的电场强度检测的探针针尖和屏蔽探测器小费。
磁场探测的分辨率被定义为他们的内径。磁探针技巧与指定由一个线圈绕组和内径,参见图3 b和c。这两个参数基本上定义磁场的大小(分辨率)和强度检测。今天150µm指定最小的内径,水平和垂直极化。这导致一个位置分辨率测量磁场的80µm。在未来将会有一个更小的分辨率可能,大约60µm探针直径100µm。所有磁探针屏蔽电场耦合。
微探针都配备一个内部30 dB前置放大器。放大器允许检测明显低信号。微探针的频率范围从1 MHz到3 GHz校准。这个范围将扩展到更高的频率,以适应集成电路发展更高的时钟频率。
磁场强度H射频可以计算磁场探头线圈的电压输出信号探针的磁场探测器通过校准的特点。校正系数KH磁场探测器是独立的测量几何在每个应用程序中,即探测器可以引导在一个任意的距离和角度相对于电导体没有任何改正错误(图4)。结果平均磁场探头线圈耦合。
有一个一致的物理磁场H之间的相关性射频和当前IRF取决于电流导体的几何布局。给定的校正系数K我因此是指定义引用设置。
我决定当前值相关系数只有正确,如果几何参数与参考设置(图5),当使用探针。如果有偏离这个设置,当前值相关系数也会偏离。我计算出的当前值相关系数只能作为一种价值取向。
使用校正系数K我在改编量方程:
设计,每个探针类型有一个特殊的测量特性。在以下测试用例中,我们将讨论这两个磁场探测器,水平和垂直。如图6所示。使用下面的测量设置。
测量是基于以下参数:25µm带状线的直径,距离地面50Ω20µm和终止。调查的低端提示调整到20µm高于带状线。的带状线是由跟踪发生器电压水平的100 dBµV频谱分析仪。上面的探针移动线长度为3毫米的带状线和测量步骤30µm。图7和图8显示了两个磁场的测量结果类型。为每一个测量的点(情节)振幅与频率表示的引用。
它可以很容易地看到,探头类型测量方式不同。水平调查措施至少在带状线的中心。密集的磁场是位于带状线的边缘,也各自的本地扫描量的最大值。这种行为取决于磁场线的方向和在测量线圈的位置与电场线的关系。在位置平行于电场线线圈,探测器不能检测磁场。只有电场测量。
与水平偏振探测不同,垂直探测器测量磁场强度高导体路径。在带状线的边缘,垂直版本措施一个局部最小值。
在每个测试用例的幅值和宽度测量最小值或最大值取决于探针尖端的距离对测量对象的宽度测量带状线或任何其他电子线。的知识比电场磁场相比,每个磁探针可以合格。
IC-SCAN
IC-Volume扫描
在接下来的两个表面扫描测试用例进行IC。DUT 8051 -模型从箴言DS89C430,系统时钟在20 MHz。
第一次扫描完成水平磁场探测器和第二扫描垂直。以下设置了:
扫描体积:11.0 x 11.0毫米
一步宽度:200µm
10.000测量光谱
分谱500
扫描仪的驱动、检测和测量结果的解释由ChipScan软件。
图9显示了测量设置。结果显示,集成电路安装在地平面。其他电器元件均安装在地面的飞机。这个设置有助于减小边界效应与其他电气部分。三针用于驱动led监控程序。所有其他针程序作为输入。
测量结果如图10和图11所示。酒吧在右边的屏幕截图显示了色彩和磁场强度之间的关系。红色意味着高信号强度约80 dBµV和蓝色代表20 dBµV(探针的输出)。
测量都做以上DUT相同,但不同的探针。正如我们在第4章中讨论的,上面的水平磁场探测措施直接与当前运行一个局部最小值,和边缘局部最大值。这些也可以清楚地看到在图11。从VCC销通过债券供应电流导体芯片IC。在当前需要不同的路径和返回通过债券导体和VSS销向董事会。
垂直磁场探测器只能测量磁场,电流平行于探针测量线圈。有一些位置的磁场测量,尤其是在集成电路的供电区域。在其他位置的集成电路微探针很难检测磁场。也许没有磁场或磁场不敏感探头的方向。因此,应该有第二个测量,测量线圈(探针)转一个角度90°。这种方式的磁场可以被探测到,这位于90°第一个测量。
如果这样的表面扫描完成不同距离的IC磁场可以显示整个体积高于IC。在图12中显示所有点相同的探针电压输出。
这个图是非常有用的用于检查其他金属部件的集成电路的耦合作用可以放在IC在真实的应用程序中,如散热器、连接器、屏蔽部分。
IC-PIN扫描
使用一个垂直磁场探测提供了额外的机会测量高频槽IC-pins流动的电流。通过使用基本的测量设置如图4所示,它是非常简单的把探头自动接近每个IC-pin和测量电流。一个结果如图13所示。
通常每个销IC的可以是一个来源的高频电流-功率和输出以及输入插脚。这取决于集成电路本身的阻抗电路连接。因此,这些电流使设计师的知识的机会的地方系列电阻或电容接地,以最佳的方式。
本文测量方法检测探头输出代表磁场和电场在µm-range得过的位置。的测量结果表明,近场以上ICs或开模与精确定位探针是一种新的工具,工程师检测电磁干扰水平和可靠地解决这些。测量是在参考印刷电路板或客户多氯联苯。
在未来有很多的机会来改善测量电磁场的µm范围。与更小的分辨率,对死亡可以更精确地完成检测;因此较小的部分集成电路可以用高分辨率扫描。频率范围必须增加。因为更高的时钟周期产品标准将会增加,因此会有EMI干扰测量的要求执行在更高的频率范围3 GHz以上。
今天,很多模拟进行EMC ICs的行为。现在是不可能的模拟结果与测量结果相比较。
引用
[1]www.langer-emv.de
[2]产品描述格言DS89C430: http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/2
Jorg黑客毕业与兰格EMV-Technik GmbH工程师。