周長林 梁臻鶴 余道杰 釗守國 錢志升

(解放軍信息工程大學(xué)信息系統(tǒng)工程學(xué)院,鄭州 450001)

數(shù)字信號(hào)控制器電磁敏感度的環(huán)境溫度影響研究

周長林 梁臻鶴 余道杰 釗守國 錢志升

(解放軍信息工程大學(xué)信息系統(tǒng)工程學(xué)院,鄭州 450001)

針對(duì)典型數(shù)字信號(hào)控制器(Digital Signal Controller,DSC)的電磁兼容問題,提出了電磁特性與溫度特性相結(jié)合的分析方法,研究了環(huán)境溫度對(duì)其傳導(dǎo)電磁敏感度的影響. 結(jié)合電磁敏感度行為級(jí)模型結(jié)構(gòu),分析了電磁干擾的作用機(jī)制,導(dǎo)出了DSC中金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor, MOS)器件閾值電壓和遷移率隨環(huán)境溫度的變化關(guān)系； 利用直接功率注入與環(huán)境溫度聯(lián)合控制技術(shù),從實(shí)驗(yàn)和仿真兩個(gè)方面分析了模型各部分特征參數(shù)在不同溫度下的變化,揭示了電磁敏感度在不同環(huán)境溫度下變化的內(nèi)在因素,并測(cè)試了不同溫度下典型DSC的電磁敏感度閾值. 結(jié)果表明,DSC敏感度行為單元中MOS器件閾值電壓和遷移率在不同溫度下的變化,會(huì)造成其電磁敏感度隨環(huán)境溫度產(chǎn)生顯著漂移.

電磁兼容性； 電磁敏感度； 直接功率注入； 環(huán)境溫度； 數(shù)字信號(hào)控制器

引 言

電子設(shè)備在航空航天、汽車電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,惡劣的工作環(huán)境帶來了多種物理場(chǎng)的協(xié)同作用,如溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)等,這些因素都會(huì)使電子設(shè)備的電磁性能產(chǎn)生降級(jí)[1-2],甚至威脅整體系統(tǒng)的電磁安全和功能安全．集成電路(Integrated Circuit,IC)作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)部件,其電磁特性關(guān)乎著整體系統(tǒng)的電磁兼容性能．因此,在電子設(shè)備電磁兼容性的研究中,環(huán)境因素對(duì)IC電磁性能的影響不可忽略[3-4]．

IC電磁兼容研究已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[5-6],但相關(guān)的測(cè)試和建模標(biāo)準(zhǔn)中,針對(duì)環(huán)境因素對(duì)其電磁兼容性影響的考慮還不充分．文獻(xiàn)[7]中提出了IC電磁健壯性的概念,將電磁兼容性研究和環(huán)境效應(yīng)相結(jié)合,研究了IC全壽命周期的電磁功能安全．已有的電磁兼容環(huán)境效應(yīng)研究主要針對(duì)高低溫、過電壓等條件下,加速老化效應(yīng)使IC電磁發(fā)射和敏感性發(fā)生改變的現(xiàn)象,并提出了電磁兼容老化效應(yīng)預(yù)測(cè)的一般方法[8-9]．隨著IC的應(yīng)用環(huán)境日趨復(fù)雜,其電磁敏感度(以下簡稱為敏感度)隨環(huán)境溫度變化產(chǎn)生漂移的現(xiàn)象,為系統(tǒng)功能帶來的安全隱患逐漸凸顯[10]．特別是數(shù)字信號(hào)控制器(Digital Signal Controller,DSC)等復(fù)雜的可編程IC,被視為精準(zhǔn)測(cè)控系統(tǒng)的核心單元,其復(fù)雜環(huán)境下的敏感度將直接決定著系統(tǒng)的電磁功能安全[11-12]．但是,目前針對(duì)實(shí)時(shí)變化的環(huán)境溫度對(duì)IC電磁兼容性的研究較少．

本文以DSC為例,研究復(fù)雜IC芯片傳導(dǎo)敏感度的環(huán)境溫度影響．針對(duì)典型32位DSC芯片,結(jié)合其敏感度模型結(jié)構(gòu)分析了電磁干擾的作用機(jī)制,并研究了DSC內(nèi)部金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor, MOS)器件的溫度特性,對(duì)其閾值電壓和遷移率的溫度影響規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算、分析．基于直接功率注入法設(shè)計(jì)了敏感度溫度效應(yīng)測(cè)試平臺(tái),通過測(cè)試和仿真總結(jié)了DSC無源分布網(wǎng)絡(luò)和敏感度行為單元特征參數(shù)在不同環(huán)境溫度下的變化規(guī)律．在不同溫度下提取了DSC的敏感度閾值,最終揭示了不同工作環(huán)境溫度下DSC敏感度的變化及原因．本文研究對(duì)提高芯片的抗電磁干擾性能和環(huán)境適應(yīng)能力具有參考價(jià)值．

1 理論分析

1.1 敏感度特性

電磁敏感度是芯片和設(shè)備抗電磁干擾的能力,外界電磁騷擾信號(hào)通過耦合路徑耦合到受體電路,導(dǎo)致電路發(fā)生故障或者功能出現(xiàn)錯(cuò)誤,從而產(chǎn)生敏感度問題．研究芯片的敏感度,首先應(yīng)當(dāng)建立其敏感度模型．出于對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù),芯片制造廠商不可能將芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)告知用戶．因此,敏感度模型需要建立在外部測(cè)試數(shù)據(jù)和已知原理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上[13]．

根據(jù)IEC62433-4建模標(biāo)準(zhǔn),圖1展示了DSC的傳導(dǎo)敏感度行為級(jí)模型結(jié)構(gòu)[14]．射頻干擾信號(hào)通過無源分布網(wǎng)絡(luò)耦合至敏感度行為單元,對(duì)敏感度行為單元的正常響應(yīng)造成影響,根據(jù)其響應(yīng)情況,結(jié)合失效判據(jù)準(zhǔn)則即可對(duì)芯片的失效情況進(jìn)行判別．無源分布網(wǎng)絡(luò)和敏感度行為單元是DSC敏感度模型中的關(guān)鍵單元．無源分布網(wǎng)絡(luò)由干擾注入路徑和電源分布網(wǎng)絡(luò)組成,是干擾信號(hào)的耦合通道； 敏感度行為單元由輸入緩沖器等部分構(gòu)成,是完成輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換和識(shí)別的重要部分．模型中各單元特征參數(shù)的變化都可能使DSC的敏感性發(fā)生改變,分析敏感度的溫度影響,就需要掌握模型各部分特征參數(shù)的溫度影響規(guī)律．

圖1 DSC傳導(dǎo)敏感度行為級(jí)模型結(jié)構(gòu)

1.2 MOS器件溫度特性

DSC中含有大量的MOS器件,如圖2所示其敏感度行為單元的等效模型,主要由MOS器件構(gòu)成的施密特觸發(fā)器和反相器組成．MOS器件是典型的溫度敏感器件,不同的溫度會(huì)造成閾值電壓VT和遷移率μ產(chǎn)生漂移[15]．其閾值電壓可表示為:

(1)

(2)

式中:VTN為N溝道MOS(N-channel MOS, NMOS)的閾值電壓；VTP為P溝道MOS(P-channel MOS, PMOS)的閾值電壓；ε0、εr為介電常數(shù)；q為電子電荷；N為摻雜濃度；Cox為氧化層電容；Qox為界面態(tài)與固定正電荷；φms為金屬對(duì)硅的功函數(shù)；φf為半導(dǎo)體靜電平衡勢(shì)壘,是關(guān)于溫度的函數(shù),表達(dá)式為

(3)

式中:k為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；ni為本征半導(dǎo)體濃度,表達(dá)式為

(4)

式中,Eg為禁帶寬度,基本上與溫度無關(guān),可以作為一個(gè)常數(shù)．

MOS的遷移率為

(5)

式中,A為常數(shù)．將式(3)和式(4)代入到式(1)和式(2)中,并將式(1)、(2)、(5)對(duì)溫度T求導(dǎo)可得:

(6)

(7)

(8)

式中,nio為式(4)的系數(shù),其值為3.87×1016．

圖2 敏感度行為單元等效模型

由式(6)、(7)和(8)可得,MOS器件的閾值電壓和遷移率均是隨溫度變化的函數(shù),并且,MOS器件閾值電壓的絕對(duì)值會(huì)隨著溫度的升高逐漸減小,遷移率也會(huì)隨著溫度的升高逐漸降低．MOS器件的溫度特性會(huì)使其漏極和源極之間的電壓和電流發(fā)生變化,進(jìn)而改變整體電路的輸入輸出轉(zhuǎn)移關(guān)系．

2 敏感度溫度效應(yīng)測(cè)試平臺(tái)

敏感度溫度效應(yīng)測(cè)試平臺(tái)是利用直接功率注入[16]和環(huán)境溫度聯(lián)合控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度對(duì)敏感度閾值影響的測(cè)量．射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦干擾信號(hào)通過功率放大器進(jìn)行放大,并經(jīng)過定向耦合器注入測(cè)試電路板上待測(cè)器件(DevicesUnderTest,DUT)的某一通用輸入輸出引腳(GeneralPurposeInputOutput,GPIO)．射頻干擾信號(hào)的帶寬為10MHz～1GHz,最大注入功率為25dBm．DUT是TI生產(chǎn)的32位DSCTMS320F2812,兼具高速信號(hào)處理和復(fù)雜控制功能,廣泛應(yīng)用于精準(zhǔn)測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域,運(yùn)行溫度范圍為-40 ℃～85 ℃．專用測(cè)試電路板上包含一個(gè)DUT和干擾注入路徑上的6.8nF耦合電容．DUT內(nèi)部程序控制芯片連續(xù)讀取輸入引腳邏輯電平,并將讀取到的邏輯電平復(fù)制到另一輸出引腳上．原始輸入信號(hào)被固定為低電平,當(dāng)干擾信號(hào)耦合進(jìn)入輸入引腳并使DUT產(chǎn)生誤判時(shí),記錄下干擾信號(hào)的前向功率和頻率作為敏感度閾值．為保證DUT正常運(yùn)行,需要構(gòu)建一個(gè)最小系統(tǒng)來提供支持．1.8V和3.3V電源電壓由一個(gè)電源板產(chǎn)生,作為時(shí)鐘信號(hào)的30MHz方波信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生．

為控制DUT的工作環(huán)境溫度,僅將待測(cè)電路板置于一個(gè)誤差小于±1 ℃的恒溫箱內(nèi),電源板等輔助設(shè)備和測(cè)試設(shè)備置于恒溫箱外,測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示．測(cè)試選取的溫度范圍為-20 ℃～80 ℃,其中每10 ℃作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn),提取DUT的敏感度閾值．測(cè)試過程中,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀被用來監(jiān)測(cè)無源分布網(wǎng)絡(luò)的阻抗參數(shù),示波器被用來監(jiān)測(cè)DSC的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和引腳失效情況．

圖3 敏感度溫度效應(yīng)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

3 測(cè)量與仿真分析

3.1 無源分布網(wǎng)絡(luò)溫度影響

根據(jù)傳導(dǎo)敏感度模型,DSC的無源分布網(wǎng)絡(luò)可以等效成電阻、電容和電感構(gòu)成的集總參數(shù)電路．本文在不同環(huán)境溫度通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)這些部分阻抗參數(shù)的變化情況．

干擾注入路徑主要由印制電路板(PrintedCircuitBoard,PCB)路徑、6.8nF耦合電容和芯片封裝構(gòu)成,他們的寄生效應(yīng)決定了整體的阻抗特性．干擾注入路徑上的6.8nF貼片電容直接暴露于變化的環(huán)境溫度中,其阻抗受不同溫度影響的現(xiàn)象應(yīng)特別受到關(guān)注．通過對(duì)不同溫度下該電容的阻抗參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,得到典型溫度下測(cè)量結(jié)果,如圖4所示,-20 ℃和80 ℃下的兩條曲線展示了阻抗參數(shù)的最大漂移情況．在10MHz～2GHz頻率范圍內(nèi),該電容的阻抗參數(shù)保持了很好的溫度一致性,但當(dāng)頻率超過2GHz時(shí),不同溫度會(huì)使其寄生效應(yīng)發(fā)生明顯變化．

圖4 典型溫度下6.8 nF耦合電容阻抗測(cè)試結(jié)果

與之相似,完整注入路徑的阻抗參數(shù)在典型溫度下的測(cè)試結(jié)果如圖5所示,頻率在10MHz～2GHz范圍內(nèi),阻抗參數(shù)保持了良好的溫度一致性．由于完整注入路徑中多種寄生效應(yīng)的共同作用,使得其第一諧振點(diǎn)出現(xiàn)的頻率較耦合電容向右偏移,且當(dāng)頻率超過2GHz時(shí),由于耦合電容的阻抗特性在這一頻段內(nèi)隨溫度的變化產(chǎn)生了漂移,因此導(dǎo)致完整注入路徑上阻抗特性顯著改變．本實(shí)驗(yàn)注入干擾信號(hào)的頻率為10MHz～1GHz,在這一頻段內(nèi),完整注入路徑的阻抗特性在不同測(cè)試溫度下均保持了較好的一致性,即可認(rèn)為,在不同溫度測(cè)試過程中干擾信號(hào)被無差別的耦合入DSC內(nèi)部,而干擾注入

圖5 典型溫度下干擾注入路徑阻抗測(cè)試結(jié)果

路徑阻抗特性的溫度效應(yīng)不會(huì)造成DSC敏感度發(fā)生改變．

電源分布網(wǎng)絡(luò)主要由電源引腳封裝和電源層電路構(gòu)成．干擾信號(hào)通過輸入引腳進(jìn)入DSC內(nèi)部后,一部分噪聲會(huì)通過電源分布網(wǎng)絡(luò)耦合到敏感度行為單元,影響敏感度行為單元的正常響應(yīng)．典型溫度下電源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗特性的測(cè)試結(jié)果如圖6所示,而全部測(cè)試結(jié)果曲線均在-20 ℃和80 ℃曲線的包絡(luò)內(nèi),隨溫度升高依次排列．在10MHz～3GHz范圍內(nèi),電源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)會(huì)隨溫度的變化產(chǎn)生微弱的漂移,而前期對(duì)該DSC室溫下敏感度的研究表明,電源分布網(wǎng)絡(luò)對(duì)其敏感度閾值的影響有限,其阻抗參數(shù)微弱的漂移不會(huì)對(duì)敏感度的趨勢(shì)造成明顯改變[17]．因此,溫度對(duì)電源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)的影響在敏感度的測(cè)試中可以忽略．

圖6 典型溫度下電源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗測(cè)試結(jié)果

3.2 敏感度行為單元溫度影響

DSC的敏感度行為單元主要實(shí)現(xiàn)了輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別數(shù)字邏輯電平的功能,其等效模型如圖2所示．實(shí)驗(yàn)中原始低電平輸入信號(hào)與干擾信號(hào)相混合送至輸入端口,在敏感度行為單元中完成電平轉(zhuǎn)換,并在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行高低電平識(shí)別．當(dāng)輸出端口的信號(hào)幅度超過2V電平判決門限時(shí),就被判為高電平,即DSC發(fā)生誤識(shí)別,從而導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤的發(fā)生．在邏輯電平判別的過程中,系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入輸出特性均會(huì)對(duì)識(shí)別過程產(chǎn)生影響．

文獻(xiàn)[18]表明,不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率會(huì)使DSC的敏感度閾值產(chǎn)生明顯的漂移．為驗(yàn)證變化的溫度是否通過影響鎖相環(huán)電路,造成系統(tǒng)時(shí)鐘頻率改變,利用示波器通過時(shí)鐘輸出引腳監(jiān)測(cè)不同溫度下的系統(tǒng)時(shí)鐘,其頻率測(cè)試結(jié)果如表1所示．該DSC的鎖相環(huán)電路具有良好的溫度穩(wěn)定性,雖然時(shí)鐘信號(hào)的峰值隨溫度的變化有微弱漂移,但其值始終能滿足要求,且系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)序關(guān)系在不同溫度下未發(fā)生變化．輸入緩沖器對(duì)輸入信號(hào)的采樣周期和間隔不存在差別,因此本實(shí)驗(yàn)中忽略系統(tǒng)時(shí)鐘隨溫度變化對(duì)敏感度閾值的影響．

表1 不同溫度下系統(tǒng)時(shí)鐘頻率

輸入緩沖器作為輸入信號(hào)識(shí)別和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分,主要由MOS器件構(gòu)成的電路組成．由于DSC中MOS器件的具體型號(hào)及制造工藝屬于芯片生產(chǎn)廠商的保密范疇,我們無法計(jì)算其內(nèi)部參數(shù)與溫度之間的精確關(guān)系．參考一般常用MOS器件的特性,在測(cè)試溫度范圍內(nèi)(-20 ℃～80 ℃),閾值電壓會(huì)產(chǎn)生大約10%的漂移,遷移率則會(huì)產(chǎn)生大約50%的漂移．對(duì)圖2所示模型,在輸入端注入功率為8dBm、頻率為500MHz的正弦干擾信號(hào),分別仿真閾值電壓和遷移率變化前后的輸出結(jié)果,如圖7所示．20 ℃下MOS器件特性未發(fā)生改變時(shí),輸出信號(hào)幅度均小于電平判別門限,依然被判別為低電平,與沒有干擾信號(hào)時(shí)的判別結(jié)果保持一致； 而隨著溫度的降低,假設(shè)某一溫度使MOS器件的遷移率升高20%、閾值電壓升高5%,這就使得輸出響應(yīng)中出現(xiàn)了幅度高于判別門限的部分,并最終導(dǎo)致邏輯電平判別時(shí)出現(xiàn)高電平信號(hào),造成對(duì)輸入信號(hào)的誤識(shí)別,從而導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤的發(fā)生．

圖7 MOS參數(shù)變化對(duì)敏感度行為單元輸出響應(yīng)的影響

從500MHz干擾信號(hào)的仿真結(jié)果可以看出,降低的溫度通過影響MOS器件的閾值電壓和遷移率,直接影響了DSC對(duì)輸入信號(hào)的識(shí)別,導(dǎo)致該頻點(diǎn)處的敏感度閾值下降．對(duì)于相同的干擾信號(hào),不同的環(huán)境溫度會(huì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)結(jié)果,并最終造成敏感度閾值的漂移．

4 敏感度溫度效應(yīng)測(cè)試結(jié)果

對(duì)于同一個(gè)引腳,其敏感度在不同環(huán)境溫度下的測(cè)試結(jié)果如圖8所示．當(dāng)干擾信號(hào)的頻率升高到某一頻點(diǎn)處時(shí),DSC的敏感度會(huì)顯著降低,超過最大注入功率．當(dāng)干擾信號(hào)的頻率大于700MHz時(shí),敏感度閾值均超過25dBm,圖中不作展示．由圖8(a)所示典型溫度下敏感度閾值可得,變化的環(huán)境溫度使DSC的敏感度產(chǎn)生了明顯的漂移,尤其當(dāng)干擾信號(hào)的頻率較高時(shí),溫度對(duì)敏感度閾值的影響逐漸增大,最大處漂移甚至超過了±10dB．

(a) 典型溫度下的敏感度閾值

(b) 不同干擾頻段內(nèi)平均敏感度閾值圖8 不同溫度下敏感度測(cè)試結(jié)果

為了進(jìn)一步分析溫度、干擾信號(hào)頻率與敏感度閾值之間的關(guān)系,對(duì)每100MHz頻段內(nèi)DSC的敏感度等級(jí)進(jìn)行平均,結(jié)果如圖8(b)所示．干擾信號(hào)頻率在200MHz以下的兩條平均敏感度曲線幾乎重合,且當(dāng)干擾信號(hào)頻率在10～300MHz時(shí),溫度對(duì)DSC平均敏感度的影響較小,產(chǎn)生的漂移不超過0.5dB,溫度與平均敏感度之間沒有嚴(yán)格的相關(guān)關(guān)系．而當(dāng)干擾信號(hào)的頻率超過300MHz時(shí),溫度的影響開始逐漸變大,隨著溫度的升高,每100MHz頻段內(nèi)的平均敏感度逐漸降低,尤其是在高頻部分,這種漂移愈加嚴(yán)重．

由于環(huán)境溫度的不同,DSC的敏感度發(fā)生了顯著的變化,這種現(xiàn)象在工程應(yīng)用中可能引發(fā)嚴(yán)重的電磁兼容問題,甚至導(dǎo)致事故發(fā)生．

5 結(jié)論與展望

本文針對(duì)變化的環(huán)境溫度對(duì)敏感度造成威脅的現(xiàn)象,研究了DSC傳導(dǎo)敏感度的溫度效應(yīng)及其內(nèi)在原因．結(jié)合敏感度模型結(jié)構(gòu)分析了電磁干擾的作用機(jī)制,并推導(dǎo)了DSC內(nèi)部大量存在的MOS器件的溫度特性．對(duì)模型各部分特征參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量和仿真分析，得到溫度對(duì)無源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗特性的影響可以忽略,干擾信號(hào)在耦合進(jìn)入敏感度行為單元之前不會(huì)產(chǎn)生改變,對(duì)于敏感度行為單元,溫度不會(huì)影響系統(tǒng)時(shí)鐘頻率,但會(huì)通過改變MOS器件的閾值電壓和遷移率,使相同干擾信號(hào)下的電壓轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生變化,造成信號(hào)判別發(fā)生錯(cuò)誤,進(jìn)而使敏感度閾值隨溫度變化發(fā)生漂移．最后,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不同溫度下DSC的敏感度閾值隨溫度發(fā)生漂移的現(xiàn)象．溫度每改變10 ℃,漂移甚至超過10dB．

針對(duì)目前電磁兼容性研究中對(duì)環(huán)境溫度因素考慮不足的問題,本文以DSC為例,將環(huán)境溫度因素考慮到IC傳導(dǎo)敏感度研究中,揭示了變化的環(huán)境溫度對(duì)IC電磁功能安全造成威脅的現(xiàn)象和原因,為芯片全壽命周期電磁健壯性設(shè)計(jì)提供了重要的參考．復(fù)雜IC存在多種類型的引腳和功能模塊,未來的工作將針對(duì)不同類型的引腳和功能模塊展開,進(jìn)一步研究環(huán)境溫度與敏感度之間的內(nèi)在聯(lián)系．

[1] 劉尚合, 劉衛(wèi)東. 電磁兼容與電磁防護(hù)相關(guān)研究進(jìn)展[J]. 高電壓技術(shù), 2014, 40(12): 1605-1613.

LIUSH,LIUWD.Progressofrelevantresearchoneletromagneticcompatibilityandelectromagneticprotection[J].Highvoltageengineering, 2014, 40(12): 1605-1613.(inChinese)

[2] 陽彪, 呂英華, 徐軍, 等. 飛行器內(nèi)的傳輸線與連接器電路串?dāng)_分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 24(3): 505-509.

YANGB,LüYH,XUJ,etal.Crosstalkoftypicalcircuitscomposedoftransmissionlinesandconnectorsinaircraft[J].Chinesejournalofradioscience, 2009, 24(3): 505-509. (inChinese)

[3]GROSJB,DUCHAMPG,LEVANTJL,etal.Controloftheelectromagneticcompatibility:anissueforICreliability[J].Microelectronicsreliability, 2011, 51(9/11): 1493-1497.

[4]XIONGC,LIUS,LIY,etal.Hotcarriereffectonthebipolartransistors’responsetoelectromagneticinterference[J].Microelectronicsreliability, 2014, 55(3/4): 514-519.

[5]RAMDANIM,SICARDE,BOYERA,etal.,Theelectromagneticcompatibilityofintegratedcircuits—emdashPast,present,andfuture[J].IEEEtransactionsonelectromagneticcompatibility, 2009, 51(1): 78-100.

[6] 潘曉東, 魏光輝, 盧新福, 等. 注入法等效替代電磁輻照法試驗(yàn)技術(shù)研究[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 28(1): 97-104.

PANXD,WEIGH,LUXF,etal.Testingtechnologyofusinginjectionasasubstituteforelectromagneticradiation[J].Chinesejournalofradioscience, 2013, 28(1): 97-104. (inChinese)

[7]BENDHIAS,BOYERA.Long-termelectro-magneticrobustnessofintegratedcircuits:EMRICresearchproject[J].Microelectronicsreliability, 2013, 53(9/11): 1266-1272.

[8]WUJF,BOYERA,LIJC,etal.CharacterizationofchangesinLDOsusceptibilityafterelectricalstress[J].IEEEtransactionsonelectromagneticcompatibility, 2013, 55(5): 883-890.

[9]BENDHIAS,BOYERA,LIB,etal.Characterisationofelectromagneticcompatibilitydriftsofnanoscaleintegratedcircuitafteracceleratedlifetests[J].ElectronicsLetters, 2010, 46(4):278-280.

[10]LIANGZ,ZHOUC,ZHAOS,etal.Analysisoftemperatureeffectonelectromagneticsusceptibilityofmicrocontroller[C]//7thAsia-PacificConferenceonEnvironmentalElectromagnetics.Hangzhou, 2015: 254-257.

[11] 粟濤, 楊葉花, 王自鑫, 等. 微控制器射頻抗擾性與受測(cè)引腳類型的關(guān)系[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 28(4): 735-743.

SUT,YANGYH,WANGZX,etal.Relationshipbetweenradiofrequencyimmunityandtypeofthepinundertestofmicrocontrollers[J].Chinesejournalofradioscience, 2013, 28(4): 735-743.(inChinese)

[12]GAOXL,TIANCY,LAOLY,etal.Improveddirectpowerinjectionmodelof16-bitmicrocontrollerforelectromagneticimmunityprediction[J].JournalofCentralSouthUniversityofTechnology, 2011, 18(6): 2031-2035.

[13]ALAELDINEA,PERDRIAUR,RAMDANIM,etal.Adirectpowerinjectionmodelforimmunitypredictioninintegratedcircuits[J].IEEEtransactionsonelectromagneticcompatibility, 2008, 50: 52-62.

[14]BOYERA,FERM,COURAUL,etal.Modellingofthesusceptibilityof90nmInputOutputBuffer[C]//IEEEAsia-PacificSymposiumonElectromagneticCompatibilityand19thInternationalZurichSymposiumonElectromagneticCompatibility, 2008: 32-35.

[15] 劉恩科. 半導(dǎo)體物理學(xué)[M]. 7版. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2011: 106-123.

LIUEK.Semiconductorphysics[M]. 7thed.Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry, 2011: 106-123.(inChinese)

[16]IEC.IEC62132-4Integratedcircuits—measurementofelectromagneticimmunity150kHzto1GHz-Part4:directRFpowerinjectionmethod[S].InternationalElectrotechnicalCommission, 2006.

[17] 劉統(tǒng), 周長林, 周東方, 等. 32位數(shù)字信號(hào)控制器敏感度分析[J]. 強(qiáng)激光與粒子束, 2015, 27(10): 44-48.

LIUT,ZHOUCL,ZHOUDF,etal.Electromagneticsusceptibilityanalysisof32bitdigitalsignalcontroller[J].Highpowerlaser&particlebeams, 2015, 27(10): 44-48.(inChinese)

[18]LIUT,ZHOUC,WANGZ,etal.Characterisationofsystemclockfrequencyeffectsonelectromagneticimmunityofmicrocontrollerinputbuffer[J].Electronicsletters, 2015, 51(23):1861-1863.

Temperature effects on electromagnetic susceptibility of digital signal controller

ZHOU Changlin LIANG Zhenhe YU Daojie ZHAO Shouguo QIAN Zhisheng

(DepartmentofInformationSystemEngineering,PLAInformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450001,China)

Due to the electromagnetic compatibility problems of a typical digital signal controller (DSC), a method that analyzes the electromagnetic characteristics and temperature characteristics simultaneously is presented. The ambient temperature effect on electromagnetic susceptibility is studied. Based on the structure of behavior electromagnetic susceptibility model, the mechanism of electromagnetic interference is analyzed, and the influence which ambient temperature exerts on the mobility and threshold voltage of metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors in DSC is derived. Combining the method of direct power injection and temperature control, the varieties of characteristic parameters of each part in susceptibility model at different temperatures is measured and simulated, revealing the internal factors of the susceptibility changes. Then, the threshold of DSC electromagnetic susceptibility is measured. Results show that the mobility and threshold voltage of MOS transistors in DSC immunity behavior is changed with ambient temperatures, which leads to the drift of DSC electromagnetic susceptibility.

electromagnetic compatibility； electromagnetic susceptibility； direct power injection； ambient temperature； digital signal controller

10.13443/j.cjors.2016082401

2016-08-24

國家自然科學(xué)基金(No.61271104)

TN973

A

1005-0388(2016)06-1053-07

周長林 (1961-),男,河南人,解放軍信息工程大學(xué)副教授,主要從事電路與系統(tǒng)電磁兼容性和可靠性研究工作．

梁臻鶴 (1992-),男,陜西人,解放軍信息工程大學(xué)碩士研究生,主要研究方向?yàn)榧呻娐冯姶偶嫒轀y(cè)試與抗擾度預(yù)測(cè)．

余道杰 (1978-),男,河南人,解放軍信息工程大學(xué)副教授,主要從事高功率微波和電磁場(chǎng)研究工作．

周長林, 梁臻鶴, 余道杰, 等. 數(shù)字信號(hào)控制器電磁敏感度的環(huán)境溫度影響研究[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(6):1053-1059.

ZHOU C L, LIANG Z H, YU D J, et al. Temperature effects on electromagnetic susceptibility of digital signal controller [J]. Chinese journal of radio science,2016,31(6):1053-1059.(in Chinese). DOI: 10.13443/j.cjors.2016082401

聯(lián)系人： 周長林 E-mail: zhou637196@163.com

DOI 10.13443/j.cjors.2016082401