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Compatibilité Electro-Magnétiquedes électroniques embarquées
Modélisation / Simulation
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MAROT ChristianExpert CEM
04 avril 2012
SommaireSommaire
Contexte et besoins CEM pour les électroniques embarquéesContexte et besoins CEM pour les électroniques embarquées
Travaux en cours
C ité tif UTE t IEC Comités normatifs UTE et IEC
Projet SEISME
EADS IW laboratoire CEM
EMC modelling roadmap
MAROT Christian
ContexteContexte
Réduction des dimensions géométriques Réduction des dimensions géométriques Augmentation des fréquences
Réduction des phases proto en conception Ob l d t Obsolescence des composants
Réduction du nombre de tests Réduction des couts de développementpp
Analyse de la régression CEM en vie série
Conception virtuelle Test virtuel
Modèles CEM des composants électroniques
Emissions conduites et rayonnées Imm nités cond ites et ra onnées
MAROT Christian
Immunités conduites et rayonnées
BesoinsBesoins Modèle de composant :
B i i bIT[1] IT[3]
PDN Example
IA Example • Boite noire : obtenu par mesureIEC 61967 : Measurement of RF emissions IEC 62132 : Measurement of RF immunity DO160, BCI
• Boite blanche : obtenu par calcul
PDNComponent
IAComponent
ET[1]
IT[1]
IT[0]
IT[3]
IT[2]
ET[0]
IT[3]
IT[2]
PDN & IA ICEM Components
ET[1]
ET[0]
IT[1]
IT[0]
LVddRVdd
RVss LVss CVdd
IA Example
IBIS
ICEM
Bottom up approach Assembly of single separated models Model is built as kit construction as
+ Méthodes de calcul :
• Les méthodes 3D, intégrales, volumiques• Méthode PEEC•Théorie des lignes de transmission
+Théorie des lignes de transmission
• Calcul de circuit électronique
Référence à une spécification RE CE RI CI Référence à une spécification RE, CE, RI, CI
• IEC 61967 : Measurement of electromagnetic RF emissions• IEC 62132 : Measurement of electromagnetic RF immunity• DO 160 : Environnemental Conditions and Test Procedures• CISPR 25 Road vehicles: RF émission ; Limits and methods
100 BµV/m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
MAROT Christian
• CISPR 25 Road vehicles: RF émission ; Limits and methods• ISO 11452 Road vehicles : RF immunity ; Limits and methods
150kHz 1GHz1M 100M10MFréquence
-30
0
-20
-10
0
Works in progressWorks in progress
IEC 62433 : Integrated circuits − EMC IC Modellingg g Part 1: General modeling framework Part 2: Conducted RF emission - ICEM-CE Part 3: Radiated RF emission - ICEM-RE Part 4: Conducted RF immunity - ICIM-CI Part 5: Radiated RF immunity - ICIM-RI Part 6: Impulse immunityIEC SC 47A WG 2, 2000
Develop the Design Virtual Reinforce the Test Virtual
Analyze of EMC decline of an electronic unitsTreatment of the obsolescence of component
Definition and validation of EMC model forSimulation Emission Immunité Definition and validation of EMC model forElectronic Board, Equipment , System Système Module Electronique
Black Box approach Black Box approach Conducted immunity Radiated emission Near field measurement
EMC L b t
MAROT Christian
EMC Laboratory
CONDUCTED EMISSIONS MODELLING : CONDUCTED EMISSIONS MODELLING : IEC 62433 IEC 62433 -- 2 2
ICEM CEICEM-CE
Integrated Circuit Emission ModelConducted Emission
PDNComponent
IAComponent
IT[1] IT[3]
IT[3]
PDN Example
ET[1] IT[1]LVddRVdd
IA Example
IEC stage : IS, International standard since 2008
Modele is characterized with PDN (passive distribution network and IA (Internal Activity)
dddd
p
ET[1]
IT[0] IT[2]
ET[0]
IT[2]
PDN & IA ICEM Components
ET[0] IT[0]RVss LVss CVdd
PDN described the impedance of noise source IA is the generator disturbances source
on lines, supply and signal
IA
Rvdd
PDN
Lvdd
Rvss Lvss
Cb
VDD
VSS
IAIA
Rvdd
PDN
Lvdd
Rvss Lvss
CbCb
VDD
VSS
VNA : S parameters Oscilloscope : measures in time domain Spectrum Analyser: measures in freq. domain D bb diRvss LvssRvss Lvss Deembbeding
Optimisation découplage / filtrage Perturbation conduites et rayonnés
MAROT Christian
RADIATED EMISSIONS MODELLING : RADIATED EMISSIONS MODELLING : IEC 62433 IEC 62433 -- 3 3
zz ICEM-RE
x
y
r
φ
θ
ay
r
φ
θ Integrated Circuit Emission Model
Radiated Emission IEC stage : draft NP , New Proposal 2012
M d l i h i d i h PDN ( ixx
Electric and magnetic dipolesDipol
e
Electric ormagneticdipole (E/H)
PDN IA (f1)x1 y1 x2 y2 (mA)
Modele is characterized with PDN (passive distribution network and IA (Infernal Activity)The radiated PDN described as electric dipole,
magnetic dipoledipole (E/H)
1 E -2 0 7 17 12 E 14 -16 -1 0 0.53 E -1 -16 -1 0 0.24 E 13 9 1 0 0.65 E -15 0 -2 0 0.2
Freq= 32MHz Freq= 48MHz
PDN represents the localization and orientation of theelectric or magnetic dipoles. It contains the geometricalparameters of the model.
IA represents the value of electric or magnetic current flowing into the dipoles It contains the electricalFreq 32MHz Freq 48MHz flowing into the dipoles. It contains the electricalparameters of the model.
Near Field Scan measurement Measure of Magnitude with Spectrum Analyser Measure of Phase with a phase reference probe
Optimisation couplage entre composant / cartes Perturbation rayonnée sur un PCB
MAROT Christian
CONDUCTED IMMUNITE MODELLING : CONDUCTED IMMUNITE MODELLING : IEC 62433 IEC 62433 -- 4 4
ICIM-CI Integrated Circuit Immunity Model
Conducted Immunity IEC stage : NP , New Proposal 2012
M d l i h t i d ith PDN (P i Di t ib ti Modele is characterized with PDN (Passive DistributionNetwork) and IB(Immunity Behavioural)
PDN is a multi-port circuit :•DI (Disturbance Input). Terminals to which disturbances are applied.( p ) pp•DL (Disturbance Load). Terminals whose load influences the impedance of a DI terminal.•DO (Disturbance Output). This terminal outputs a part of the disturbance received on the DI terminals.
IB is a file describing how the IC reacts to the applied disturbances.
VNA : S parameters of DI, DO and DL DPI / RFIP test setup
0.6 DPI / RFIP test setup Deembbeding
Optimisation routage / filtrage Susceptibilité aux Perturbations Conduites0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
MAROT Christian
1E6 1E71E5 1E80.0
RADIATED IMMUNITE MODELLING : RADIATED IMMUNITE MODELLING : IEC 62433 IEC 62433 –– 5, 65, 6
Part 5: Radiated RF immunity - ICIM-RI
Part 6: Impulse immunity
MAROT Christian
projet SEISME projet SEISME
Projet Fédérateur des acteurs de la CEM des électroniques embarquées
Répond aux Besoins desEquipementiers et desEquipementiers et des Systémiers Electroniques
R t bé N ti
MAROT Christian
Retombées Normatives
Validation CEM par MESURE
projet SEISME projet SEISME - Contexte Contexte
Etat actuel
Modification
E fEtat futur
Validation CEM par CALCUL
Obsolescence : Un changement de composant sur une carte électronique lors d’une obsolescence. Les applications électroniques ont un cycle de vie qui est devenu long par rapport à celui des semi-conducteurs.
Multi-sources : Un changement de fournisseur de composant. Pendant sa phase de production un équipementier/systémier peut être amené à changer sa source d’approvisionnent pour des raisons industrielles ou financières.g pp p
Evolution : Au cours de la vie série d’un système, il peut être nécessaire d’améliorer son fonctionnement ou ses performances.
Réutilisation : Pendant sa phase de production, un équipement électronique peut être amené à être utilisé dans un autre
MAROT Christian
p p q p q psystème, avec des évolutions mineures de spécifications et de conception.
projet SEISME projet SEISME - OBJECTIFSOBJECTIFS
REPONDRE à des besoins exprimés par les industriels de l’électronique embarquée : REPONDRE à des besoins exprimés par les industriels de l électronique embarquée :
Pour disposer de nouveaux processus pour traiter par simulation numériquela non régression des performances CEM,
Pour réduire le nombre d’essais CEM
Objectif 1 : Développer le Prototypage Virtuel
Pour réduire le nombre d essais CEM.
j pp yp gDéfinition d’outils, de modèles, de méthodes de test et de calcul pour l’analyse CEM lors d’unemodification de composants ou d’équipements électroniques durant leur vie série.
Objectif 2 : Renforcer le Test Virtuel
Réduction du nombre de tests de requalification CEM d’un équipement et d’un système, Réduction des délais et des coûts de ces essais CEM.
Objectif 3 : Proposer des standards de modèlesCréation d’un projet unifié au sein des comités normatifs internationaux de la CEI (Comité Electrotechnique International) regroupant des propositions de modèleset de méthodes d’extractionComposants/Carte/Equipement électroniques.
MAROT Christian
projet SEISME projet SEISME - LES PARTENAIRESLES PARTENAIRES
Acteurs Groupes Industriels AIRBUS, EADS IW, GERAC CONTINENTAL, MEAS, RENAULT, VALEO
CST, SERMA, STUDELEC NEXIO Plateforme EPEA
Acteurs Industriels PME
NEXIO Plateforme EPEA
ESEO IMS B d IRSEEM ONERA
Acteurs de la Formation et de la Recherche
ESEO, IMS Bordeaux, IRSEEM, ONERA, SATIE, INSAT
B d t l b l 6 000 k€Budget global : 6 000 k€Aide publique : 2 600 k€Effort en hommes ans : 86Durée du projet : 3 ans 04 2011-04 2012
MAROT Christian
Durée du projet : 3 ans, 04 2011-04 2012
projet SEISME projet SEISME - TRAVAUX PREVUSTRAVAUX PREVUS
WP 0 EADS IW France Management Accord de Consortium disséminationWP 0 EADS IW France Management – Accord de Consortium, dissémination
WP 1 CONTINENTAL Traitement des évolutions des composants pour la validation etl lifi ti CEM d' t él t ila qualification CEM d'une carte électronique.
WP 2 IRSEEM / AIRBUSAnalyse des changements d’une ou plusieurs cartes pour la validation et l lifi ti CEM d' é i tla qualification CEM d'un équipement.
WP 3 EADS IWGestion des évolutions des modules de puissance pour la validation et la q alification CEM d' n éq ipementla qualification CEM d'un équipement.
WP 4 GERACTraitement des modifications d’un équipement pour la validation et la qualification CEM d’un système électroniquela qualification CEM d’un système électronique.
WP 5 EADS IW Développement de méthodologies pour les modèles CEM,émission et immunité
MAROT Christian
émission et immunité.
04 Avril 2011
Avancement du Avancement du projetprojet
2011
Q1 Q2 Q3 Q4
démonstrateurs, méthodes, techniques, outilsLabel Aerospace Valley5 Décembre 2010
Q1 Q2 Q3 Q4Meeting T0+1224 Avril 2011
kickoff
2012
CEM 12
Mesures et Modélisation
24 Avril 2011
Rouen
2013Q1 Q2 Q3 Q4
Simulation et synthèse
Q1 Q2 Q3 Q4
MAROT Christian
2014Revue finale
EADS IW EADS IW EMC laboratoryEMC laboratoryEMC laboratory Target : Run EMC test to extract EMC model parameters Develop new EMC for modelling, RFIP, ImScan Support Black Box approach Valid White Box Approach
EMC laboratory Test Bench :Measurement in frequency domain, RF Measurement Measurement in time domain, Pulse Measurement
Impedance model: S parametersImmunity Test Bench
•Equipment level DO160 : BCI, Antenna, MSC, NFS•IC Level IEC 62132 : BCI, DPI, TEM, NFS, LIHA , , , ,
Emissions Test Bench •Equipment level DO 160 : Conducted, Radiated, NFS •IC Level IEC 61967 : 1/150method , TEM
EMC laboratory WorksGive to BU models and method in obsolescence analysis Improve Virtual design in embedded electronicsStart a future Virtual testing process for qualification
MAROT Christian
Start a future Virtual testing process for qualification
Integrated Circuit : I C
EMC modelling roadmap EMC modelling roadmap gICEM ICIM
Electronic Board : E B EBEM EBIM
E i t E QEquipement : E QEQEM EQIM
Non Linear effect modelling Non Linear effect modelling PDN : Impedance Z(f) versus the input signal level High frequency modeling 5GHz et 18GHz
Pulse model of immunityPulse model of immunity Definition in time domain of a Model EFT, ESD, lightning
Starting an IEC project for a general standard
MAROT Christian
Starting an IEC project for a general standard Use IEC committee