MÔ PHỎNG TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG MẠCH HD12D60 CESAME

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
oOo
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
TRONG MẠCH HD12D60 & CESAME
Học viên thực hiện : LÝ THỊ THANH ĐÀO
Lớp : Cao học Kỹ Thuật Điện Tử - K25KĐT
Niên khoá : 2012 - 2014
GVHD : PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2013
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 2
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
MỤC LỤC
1
Học viên thực hiện : LÝ THỊ THANH ĐÀO 1
GVHD : PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN 1
CHƯƠNG 1: EMC TRONG MẠCH TÍCH HỢP 4
1.1. Giới thiệu 4
1.2. Bức xạ của mạch tích hợp 5
1.2.1. Cơ bản về bức xạ điện từ 5
1.2.2. Ảnh hưởng của sự phát triển kỹ thuật IC đến sự bức xạ 7
1.3. Độ nhạy cảm trong mạch tích hợp 9
1.3.1. Cơ bản về độ nhạy cảm với nhiễu tần số vô tuyến 9
1.3.2. Ảnh hưởng của sự phát triển kỹ thuật IC đến độ nhạy cảm 11
2.1. Giới thiệu về phần mềm IC_EMC và WINSPICE 13

2.2. Đặc điểm của bức xạ điện từ trong mạch tích hợp 14
2.3. Lược đồ mô phỏng bức xạ 15
2.4. Mô hình ICEM 16
2.4.1 Các định nghĩa 16
2.4.2. Chi tiết các thành phần cơ bản của mô hình 17
2.4.3. Hướng đến một mô hình tiêu chuẩn chung 18
3.1. Mô phỏng bức xạ dẫn trong IC HC12D60 20
3.1.1. Mô hình ICEM 20
3.1.2. Tạo file SPICE 21
3.1.3. Mô tả nguồn dòng 22
3.1.4. Mô tả nguồn cung cấp 23
3.1.5. Mô tả phân tích 23
3.1.6. Mô phỏng SPICE 23
3.1.7. Mô phỏng bức xạ 24
3.1.7. So sánh kết quả đo với mô phỏng 24
3.2. Mô phỏng bức xạ của chip kiểm tra CESAME 25
3.2.1. Biểu diễn các thành phần 25
3.2.2. So sánh kết quả đo với mô phỏng 26
3.3. Phân tích tiên đoán sử dụng các mô hình ICEM 27
3.3.1. Mô tả công cụ 27
3.3.2 Các thông số ICEM model expert 27
3.3.3. Tạo mạch và file SPICE netlist 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO 30
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 3
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
CHƯƠNG 1: EMC TRONG MẠCH TÍCH HỢP
1.1. Giới thiệu
Tương thích điện từ (EMC) là một vấn đề cơ bản mà tất cả các thiết bị điện và điện
tử phải đáp ứng để đảm bảo cho tất cả các thiết bị điện, điện tử hoạt động đồng thời trong
cùng một hệ thống và sự an toàn cho người sử dụng trong một môi trường có trường điện

từ.
Hình 1-1: Mô tả tương thích điện từ trong một hệ thống thiết bị điện và điện tử.
EMC bao gồm hai khía cạnh: bức xạ điện từ và độ nhạy cảm với nhiễu điện từ. Vai
trò của các kỹ sư EMC là giảm bức xạ và độ nhạy cảm điện từ của thiết bị điện tử đến giá
trị giới hạn tiêu chuẩn.
EMC đã được xem xét ở mức độ hệ thống, cáp, mạch in trong một thời gian dài.
Hình 1-2: Các kỹ thuật khác nhau sử dụng ở mức độ hệ thống, cáp và PCB
để giải quyết vấn đề EMC
Tuy nhiên, các kỹ thuật cải thiện EMC ở mức độ hệ thống chủ yếu liên quan đến lọc
nhiễu. Do đó, xem xét ở mức độ hệ thống là chưa đủ vì các thiết bị bán dẫn vừa là nguồn
cũng là nạn nhân của nhiễu điện từ. Đảm bảo EMC ở mức độ mạch cho phép giảm nguồn
nhiễu và nguồn gốc của sự nhiễu loạn một cách hiệu quả. Nó cũng làm giảm chi phí
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 4
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
EMC bằng cách loại bỏ một số thiết bị bảo vệ EMC. Ngoài ra tối ưu hóa các lựa chọn và
vị trí của các thiết bị bảo vệ EMC đòi hỏi mô hình chính xác của tất cả hệ thống.
Hình 1-3: Bức xạ dẫn, bức xạ phát ra và độ nhạy cảm của mạch tích hợp.
1.2. Bức xạ của mạch tích hợp
1.2.1. Cơ bản về bức xạ điện từ
Bức xạ ký sinh được sinh ra bởi các hoạt động chuyển mạch của mạch tích hợp IC
tạo nên dòng quá độ trong mạch như hình 1-4.
Hình 1-4: Cơ chế cơ bản của dòng CMOS(ví dụ trong cổng đảo).
Tuy nhiên, dòng quá độ tự nó không thể tạo nên nhiễu điện từ trực tiếp. Giả sử
nguồn cung cấp và điện áp đất lý tưởng, các điện áp sẽ giữ cố định ở bất cứ dòng tiêu thụ
nào. Thực tế, IC được kết nối đến nguồn điện áp không lý tưởng (pin, biến áp, đất) thông
qua các kết nối nội thực hiện bởi cáp, đường đồng, đường PCB. Các kết nối nội là sự dẫn
điện không hoàn hảo, vì một vài ảnh hưởng kí sinh, đại diện bởi các thành phần điện như
điện trở, cuộn dây, tụ điện. Do đó, các kết nối nội không thể xem là đẳng thế. Các dây
dẫn có thể chuyển dòng quá độ thành sụt áp trên điện nguồn và đất cung cấp (hình 1-5).
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 5

Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Cuộn cảm ký sinh của các kết nối nội chịu trách nhiệm chính trong sụt áp. Chuyển đổi
dòng quá độ thành điện áp tăng vọt bởi cuộn cảm được tính bởi công thức (1-1).
(1-1)
Sụt áp có thể truyền qua mạch chia sẻ cùng một nguồn cung cấp, gọi là bức xạ dẫn.
Thêm vào đó, dòng và sụt áp theo các kết nối nội tạo nên trường điện từ gọi là bức xạ
phát ra.
Hình 1-5: Bức xạ ký sinh IC do hoạt động chuyển mạch và các kết nối
cung cấp nguồn ký sinh.
Các bức xạ điện từ của các mạch được liệt kê trong bảng 1-1. Tìm hiểu về các thông
số ảnh hưởng sẽ giúp ta có thể đề xuất các kỹ thuật giảm sự bức xạ.
Các thông số mạch
ảnh hưởng
Chú thích
Hoạt động bên trong IC
(Internal Activity)
Hoạt động bên trong (IA) tạo nên dòng quá độ ký sinh
chảy trong mạch. Do đó, một dãy I/O song song hoặc
một lõi kỹ thuật số lớn tạo nên một sự bức xạ mạnh bởi
vì chu kỳ nạp xả thường xuyên.
Tải kết nối đến mạch
Một điện dung tải lớn tạo nên sự chuyển đổi nạp và bức
xạ ký sinh đáng kể.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 6
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Ảnh hưởng lọc
của mạch
Các kết nối bên trong, điện dung và các đường dẫn ký
sinh trong chip có một ảnh hưởng đến sự lan truyền của
dòng ký sinh trong mạch. Chúng có thể đóng góp để giữ

dòng ký sinh bên trong mạch và giảm biến động điện áp
nguồn trong trường hợp tốt nhất, hoặc tạo ra các đường
dẫn rò có thể ảnh hưởng đến các khối cảm biến.
Bảng 1-1: Các thông số ảnh hưởng đến bức xạ điện từ
1.2.2. Ảnh hưởng của sự phát triển kỹ thuật IC đến sự bức xạ
Tầm quan trọng của bức xạ ký sinh gây ra bởi hoạt động chuyển mạch của các IC
đã tăng lên đặc biệt với sự tiến bộ nhanh chóng trong kỹ thuật CMOS. Theo lộ trình kỹ
thuật quốc tế cho các chất bán dẫn (ITRS), công nghệ CMOS 32nm với tần số hoạt động
chuẩn gần 50GHz cho những đơn vị xử lý và dung lượng được tích hợp trong một khối
silicon 3x3cm là gần một tỉ CMOS (bảng 1-2). Khi chuyển mạch, một cổng sẽ tạo ra một
xung dòng nhỏ. Sự cộng lại của các xung dòng thành phần sẽ kích thích dòng điện rất lớn
trong chip, gần 100A trong thế hệ các vi xử lý chất lượng cao mới nhất. Bảng 1-3 cho
biết sự phát triển của một vài đặc điểm mạch số ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
EMC:
- Điện áp nguồn cung cấp, cả dòng quá độ và ngưỡng nhiễu đều phụ thuộc vào điện
áp nguồn cung cấp.
- Mật độ cổng và dòng đỉnh trên cổng. Ngay cả khi dòng đỉnh trên cổng liên tục
giảm, mật độ cổng và độ phức tạp mạch tăng.
- Dung lượng trên cổng. Tổng các cổng, kết nối bên trong, tụ tiếp giáp tạo thành
một tụ cách ly bên trong giúp lọc nhiễu nội.
Bảng 1-2: Sự tăng EMI với kỹ thuật giảm dần kích thước cổng CMOS.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 7
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Bảng 1-3: Ảnh hưởng của kỹ thuật giảm dần kích thước cổng
trong các mạch số đến tương thích điện từ.
Vì các dòng quá độ, các IC có thể tạo nên bức xạ ký sinh phát ra và bức xạ dẫn. Sự
tăng tần số hoạt động, độ phức tạp của mạch và số lượng các I/O được miêu tả trong bảng
1-2 theo lộ trình EDA. Có thể thấy rằng mức độ bức xạ đỉnh cũng có khuynh hướng tăng
và có thể kích thích nhiễu bên trong và gần IC. Phần lớn các phương pháp đo lường được
giới hạn đến 1GHz. Phương pháp đo lường GTEM, ứng với sự bức xạ lên đến 18GHz.

Nhu cầu với các mạch tích hợp bức xạ thấp ngày càng tăng, đặc biệt trong thị
trường hệ thống nhúng (ví dụ: ôtô, hàng không vũ trụ, các ứng dụng y tế,…). Áp dụng
các quy tắc thiết kế bức xạ thấp được yêu cầu và thường hiệu quả nhưng ngày càng có
nhiều các câu hỏi được đặt ra:
- Có một giá trị tối ưu và vị trí cho các tụ cách ly trong chip không?
- Quy hoạch tối ưu liên quan đến bức xạ ký sinh thấp?
- Vị trí các khối trong chip ảnh hưởng đến EMI như thế nào?
- Lựa chọn kỹ thuật cách ly nên có làm giảm bức xạ không?
- …
Trả lời các câu hỏi như vậy yêu cầu một mô hình EMI chính xác, các công cụ mô
phỏng đầy đủ và các kỹ thuật dự đoán EMI tin cậy.
Hình 1-6: Kỹ thuật namo kết hợp với kỹ thuật sản xuất vi điều khiển và vi xử lý.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 8
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
1.3. Độ nhạy cảm trong mạch tích hợp
1.3.1. Cơ bản về độ nhạy cảm với nhiễu tần số vô tuyến
Độ nhạy cảm với nhiễu điện từ đã đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế mạch
tích hợp những năm gần đây và vẫn là một mối quan tâm lớn với các nguồn có nhiễu kí
sinh như điện thoại di động, các mạch tốc độ cao và các hệ thống không dây.
Bằng cách ghép trở kháng hoặc ghép điện dung, sự nhiễu loạn có thể ghép hoặc lan
truyền đến các điểm có thể xâm nhập vào mạch tích hợp: các đầu vào, đầu ra, các thiết bị
ngoại vi, lõi hoặc thông qua các bề mặt chung. Sự nhiễu loạn có thể gây ra trục trặc tạm
thời (như lỗi bit, jiter, reset không mong muốn, trôi điện áp…) hoặc các nguy hiểm vĩnh
viễn của các thiết bị điện (sự cố oxit, chốt mạch…). Trong các ứng dụng tự động, phần
lớn sự nhiễu loạn bên trong được tạo ra trong suốt hoạt động bình thường của thiết bị bởi
các nguồn như hệ thống đánh lửa, hệ thống phát điện, chuyển đổi của động cơ điện hoặc
thiết bị truyền động.
Độ nhạy cảm của mạch phụ thuộc rất lớn vào thiết kế mạch và loại khối thiết kế.
Tuy nhiên, các thông số chung có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy cảm có thể được
liệt kê như bảng 1-4. Hiểu rõ về các thông số có thể giúp làm sáng tỏ nguồn gốc độ nhạy

cảm và đề xuất các kỹ thuật cải tiến. Noise margin kỹ thuật số có liên quan đến công
nghệ và điện áp nguồn cung cấp. Các mạch tương tự thường có mức nhạy cảm cao hơn
mạch số, vì noise margin nhỏ hơn. Bảng 1-5 so sánh các dải nhạy cảm của một số loại IC.
Hình 1-7: Các nguồn tần số vô tuyến ký sinh có thể gây nhiễu
trong các mạch tích hợp.
Các thông số ảnh hưởng Chú thích
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 9
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Mức độ nhạy cảm của
một khối IC
Sức chịu đựng của các mạch với sự nhiễu loạn RF được
đặc trưng bởi:
- Noise margin: nó định nghĩa biên độ cao nhất mà một
mạch có thể chịu đựng để đảm bảo hoạt động bình
thường. Noise margin tĩnh và động có thể khác biệt.
Margin tĩnh liên quan đến nhiễu liên tục trong khi
margin động liên quan đến nhiễu ngắn nhanh.
- Delay margin: nó liên quan đến ràng buộc thời gian
setup và thời gian hold time của mạch số, nó định nghĩa
độ trễ lớn nhất chấp nhận được giữa hai tín hiệu.
Tác động lọc của mạch
Các kết nối nội, tụ cách ly và các đường dẫn ghép ký
sinh trên chip có ảnh hưởng đến nhiễu ngoài trong một
mạch.
Vấn đề phi tuyến
IC có tính chất phi tuyến cao (điện trở, diode, khóa).
Cấu trúc phi tuyến trong khi có nhiễu RF biên độ trung
bình gây nên các thay đổi một số điểm hoạt động trong
mạch.
Trở kháng node

Trở kháng của các node trong mạch ảnh hưởng đến sự
ghép nhiễu và độ nhạy cảm.
Bảng1-4: Các thông số ảnh hưởng đến độ nhạy cảm của mạch
Độ nhạy cảm của các thiết bị điện cũng có thể phụ thuộc rất lớn vào khả năng nhiễu
điện từ và nó liên quan đến các tần số nhiễu. Với dải tần số từ 3 đến 30MHz, sự nhiễu
loạn có thể ảnh hưởng đến các cấu trúc kim loại lớn như máy bay hay xe hơi. Với tần số
từ 30 đến 300MHz, tác dụng ănten hiệu quả nhất xảy ra ở các kết nối kim loại quanh 1m,
trong khi ở tần số 3 đến 30MHz, kích thước ănten là khoảng vài cm (hình 1-9). Tại các
tần số này, lớp kim loại dẫn có thể hoạt động như một ănten và thu được một lượng lớn
nhiễu.
Bảng 1-5: Độ nhạy cảm của các chức năng tương tự trên chip.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 10
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Hình1-8: Độ nhạy cảm của mạch tích hợp phụ thuộc vào
hiệu quả ghép nhiễu điện từ.
Hình1-9: Liên qua giữa tần số nhiễu và hiệu quả của ănten.
1.3.2. Ảnh hưởng của sự phát triển kỹ thuật IC đến độ nhạy cảm
Xu hướng ngày càng nhỏ được mô tả trong bảng 1-2 có ảnh hưởng rất lớn đến mạch
tích hợp. Đầu tiên, sự giảm điện áp nguồn làm giảm noise margin của tín hiệu điện và do
đó tăng độ nhạy cảm IC với nhiễu tần số vô tuyền RFI. Sau đó, vì tần số cắt tăng, các
mạch trở nên nhạy cảm hơn với các tín hiệu ngắn và nhanh.
Mặc dù các mạch tích hợp có bảo vệ chống nhiễu loạn hiệu quả như bảo vệ chống
tĩnh điện ESD, mạch tích hợp có thể chịu đựng ít nhiễu điện trên các chân tín hiệu và
nguồn vì sự giảm liên tục của nguồn điện áp. Noise margin thường +/-20% của nguồn
cung cấp thường. Với công nghệ CMOS 65nm, điện áp cung cấp 1V đến noise margin
+/-200mV. Noise margin giảm đến 0.1V đến năm 2015 theo lộ trình hình 1-10. Nhiễu có
thể gây nên ảnh hưởng thay đổi từ một thiết kế IC này đến IC khác.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 11
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Hình 1-10: Sự giảm của điện áp nguồn nội dẫn đến giảm noise margin.

Với các kỹ thuật mới nhất, gần một nghìn tỉ thiết bị có thể cùng tích hợp trên một
miếng silicon. Vài bộ phận của chip tạo thành EMI trong khi các phần khác có độ nhạy
cảm thấp với mức EMI. Đó là vấn đề để đảm bảo các hệ thống nhúng có thể hoạt động.
Áp dụng các quy tắc thiết kế độ nhạy cảm thấp thường hiệu quả nhưng có các câu
hỏi được đặt ra:
- Có một giá trị tối ưu và vị trí cho các tụ cách ly trong chip không?
- Quy hoạch tối ưu liên quan đến độ nhạy cảm ký sinh thấp?
- Vị trí các khối trong chip ảnh hưởng đến độ nhạy cảm như thế nào?
- Lựa chọn kỹ thuật cách ly nên có làm giảm độ nhạy không?
Trả lời các câu hỏi như vậy yêu cầu các mô hình EMI chính xác, các công cụ mô
phỏng và các phương pháp dự đoán EMI tin cậy.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 12
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM IC-EMC
IC-EMC là phần mềm mô phỏng hoàn toàn dành cho các vần đề EMC cho các
mạch tích hợp. IC-EMC tạo ra schematic editor giao tiếp với phần mềm mô phỏng
WinSPACE. Với các kết quả mô phỏng cung cấp bởi WinSPICE, IC-EMC đề xuất tập
hợp các công cụ để tách các thông tin EMC.
Chương này cũng sẽ mô tả lược đồ mô phỏng cho bức xạ. Mô hình bức xạ của IC
được đề xuất, nhấn mạnh các phương pháp đo lường bức xạ tiêu chuẩn ở mức độ IC,
được định nghĩa bởi IEC61967.
2.1. Giới thiệu về phần mềm IC_EMC và WINSPICE
Công cụ IC-EMC thực hiện so sánh giữa kết quả đo lường và mô phỏng bức xạ dẫn
và bức xạ phát ra, bức xạ gần xa, trở kháng như hình 2-1. Thêm vào đó, phần mềm gồm
các công cụ phân tích trình chiếu gói IC 3D và mô phỏng bức xạ gần xa.
Hình 2-1: Các chức năng chính của IC-EMC.
Các công cụ chính cả IC-EMC được chỉ ra trong hình 2-2.
Hình 2-2: Các công cụ chính trong IC-EMC
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 13
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

Hình 2-3 mô tả lược đồ mô phỏng chung của IC-EMC. Quá trình bắt đầu với
schematic editor. Các mô hình được cung cấp bởi IC-EMC hoặc thư viện ngoài. File
netlist được tạo bởi IC-EMC để làm đầu vào cho mô phỏng WinSPICE. Sau khi mô
phỏng, kết quả WinSPICE được dùng để đưa vào IC-EMC. Các định dạng file đo lường
khác nhau có thể để so sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo đạt.
Hình 2-3: Lược đồ mô phỏng của IC-EMC.
2.2. Đặc điểm của bức xạ điện từ trong mạch tích hợp
Để đảm bảo bức xạ điện từ thấp cho các IC, chúng phải vượt qua các phép đo kiểm
tra bức xạ. Đặc điểm bức xạ của một IC bao gồm đo lường mức độ điện từ dẫn và bức xạ
phát ra bởi hoạt động của nó. Bài kiểm tra nên cách ly mạch càng nhiều càng tốt trên bức
xạ điện từ, ngay cả khi nó cũng bị ảnh hưởng bởi các thông số ngoài đến mạch (vị trí các
tụ cách ly, đường nối board, tải I/O). Tiêu chuẩn IEC 61967 định nghĩa các phương pháp
để mô tả bức xạ IC trên dải tần số 150KHz – 1GHz [5-1]. Bảng 2-1 và 2-2 tổng kết các
phương pháp chuẩn để mô tả bức xạ IC theo IEC 61967 và trạng thái của chúng.
Bảng 2-1:Các phương pháp đo lường liên quan đến
các tiêu chuẩn bức xạ IC IEC61967.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 14
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Chuẩn Mô tả
IEC61967-1 Các định nghĩa và các điều kiện chung
IEC61967-2 Phương pháp tế bào TEM và TEM băng rộng (GTEM)
IEC61967-3 Phương pháp quét bề mặt
IEC61967-4 Phương pháo ghép trực tiếp 1Ohm/150Ohm
IEC61967-5 Phương pháp WBFC
IEC61967-6 Phương pháp thăm dò từ tính
IEC61967-7 Phương pháp CRBM
IEC61967-8 Phương pháp băng dẫn IC
Bảng 2-2: Tiêu chuẩn IEC61967.
2.3. Lược đồ mô phỏng bức xạ
Hầu hết thời gian, EMC của các mô hình IC được kiểm tra bằng các phép đo thực

hiện trên một mạch tích hợp gắn trên một board EMC cụ thể, trong một cấu hình tối giản.
Sau khi mô hình mạch đã được kiểm tra, nó có thể bao gồm trong một hệ thống phụ để
mô phỏng bức xạ của một hệ thống điện hoàn chỉnh, có thể bao gồm vài mạch, các mặt
phẳng, PCB, các kết nối, … Mục đích chính của IC-EMC là giúp người sử dụng xây
dựng các mô hình EMC và so sánh với các phép đo EMC.
Lược đồ chung thường sử dụng để so sánh mô phỏng và phép đo được mô tả trong
hình 2-4. Ví dụ với một phép đo bức xạ dẫn trên cơ sở tiêu chuẩn IE61967-4-
1Ohm/150Ohm. Cơ chế này được dựa trên việc sử dụng của các phép đo được thiết kế
trên các board kiểm tra và đặt các chân cảm biến EMC như các chân ra, nguồn cung cấp,
đất.
Hình 2-4: Mô phỏng và đo 1/150Ohm.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 15
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Các phép đo bức xạ truyền thống được thực hiện trong miền tần số. Các phép đo có
thể được sử dụng mấy đo dạng sóng băng rộng và các dụng cụ đo tích cực, có thể chuyển
đổi thành miền tần số sử dụng biến đổi Fourier.
Vì bức xạ điện từ xuất phát từ hoạt động chuyển mạch của mạch, các mô phỏng
trong IC-EMC được thực hiện trong miền thời gian. Phổ của nhiễu điện từ thực hiện bởi
mạch sau đó sẽ được chiết ra với thuật toán FFT.
Các bước mô phỏng để so sánh bức xạ điện từ mô phỏng và đo lường trong IC-
EMC được mô tả trong hình 2-5.
Hình 2-5: Mở rộng của mô hình IBIS và ICEM để so sánh mô phỏng
và các phép đo.
2.4. Mô hình ICEM
Mục đích chính của mô hình ICEM (mô hình bức xạ mạch tích hợp - Intergrated
Circuit Emission Model) cho các thành phần để mô hình hoá cho các mạch tích hợp số
hoặc tương tự hoạt động đến 3GHz. ICEM được đề xuất năm 2002 bởi UTE.
ICEM có thể được sử đụng để:
- Tiên đoán bức xạ dẫn và bức xạ tại chip và mức độ board mạch in.
- Tiên đoán khả năng tự động của mạch.

2.4.1 Các định nghĩa
Năm thành phần được định nghĩa:
- Hoạt động bên trong IA (Internal Activity) mô tả độ hoạt động mạch tích hợp bởi
nguồn hiện tại.
- Mạng cách ly thụ động PDN (Passive Decoupling Network) mô tả mạng trở kháng
thông qua một hoặc một vài kết nối.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 16
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
- Ghép khối nội IBC (Inter-Block Coupling) mô tả việc ghép giữa hai đầu cuối (ví
dụ ghép nền).
- Kết nối ngoài ET (External Terminal) kết nối với môi trường ngoài (các chân IO,
lưỡng cực tương đương cho phát ra vô tuyến).
- Kết nối nội IT (Internal Terminal)
Tóm lại, mô hình ICEM của mạch tích hợp bao gồm một nguồn nhiễu (gọi là IA),
một thành phần mạng phân bố thụ động trên chip (PDN) và một thành phần phân bố gói
như hình 2-6.
Hình 2-6: Cấu trúc cơ bản của một mô hình EMC của một IC.
2.4.2. Chi tiết các thành phần cơ bản của mô hình
Mạng phân bố thụ động mô tả một cấu trúc trở kháng giữa các đầu cuối. PDC
thường được thực hiện vớii một mạng R, L, C. Có một sự phân biệt giữa PDN đóng gói,
cuộn cảm chính và PDN trên chip, thường là điện trở và tụ. Một cấu trúc mô hình ICEM
chung và đơn giản được giới thiệu trong hình 2-7, PDN đóng gói chỉ đơn giản là cuộn
cảm của đường nguồn cung cấp (LpackVdd, LpackVss) và PDN trong chip được cấu
thành từ các phần tử R, L, C. Mô hình IA đơn giản nhất là nguồn dòng đại điện cho sự
tiêu tốn dòng chết. IA tạo ra nhiễu chuyển mạch mạnh bên trong khối logic, lan truyền
thông qua PDN trong chip, sau đó thông qua PDN gói và cuối cùng đến đường board
mạch in PCB bên ngoài. Nhiễu ngoài là phiên bản lọc của nhiễu nội. Biên độ của nó bị
suy giảm mạnh mẽ bởi PDN vì so với các xung dòng IA.
Hình 2-7: IA và PDN.
Mô tả ngắn gọn các thông số ICEM được cung cấp trong bảng 2-3. Cấu trúc mô

hình lõi bao gồm tụ cách ly toàn cục C
d
, trở kháng nối tiếp Rvdd_die, RVss_die và cuộn
cảm nối tiếp Lvdd_die, Lvss_die, tụ khối C
b
gần với nguồn phát dòng IA.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 17
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
IA
Nguồn dòng.
Đơn vị: A
Mô tả: Xung
Nguồn chính của bức xạ ký sinh xem xét trong
các mô hình là nguồn dòng IA. Hình dạng dòng
có thể mô tả trong miền thời gian của dòng hay
là dạng sóng chữ nhật tương đương. Giá trị
dòng đỉnh IA: biên độ [100mA – 100A], thời
gian: 0.5 – 5ns, chu kỳ: 500ps đến 100ps.
C
d
Tụ cách ly.
Đơn vị: F
Mô tả: Tụ rời rạc
Tụ cách ly trên chip giữa VSS và VDD. C
d
là tụ
ghép vật lý giữa đường VDD (nguồn dương) và
đất VSS (0V). Nguồn gốc của C
d
là tụ tiếp giáp.

Dải giá trị từ 10pF (các IC nhỏ) đến 100nF (các
IC lớn).
LpackVdd,
LpackVss
Cuộn cảm nguồn tương
đương đóng gói.
Đơn vị: Henry
Mô tả: Cuộn cảm rời rạc
LpackVdd, LpackVss là cuộn cảm nối tiếp của
đường dẫn nguồn VDD và VSS. Dải giá trị từ
0.1nH (kết nối đến nguồn rất ngắn) đến 10nH
(kết nối dài).
Lvdd_die,
Lvss_die
Cuộn cảm nội nối tiếp.
Đơn vị: H
Mô tả: Cuộn cảm rời rạc
Lvdd_die, Lvss_die nối tiếp với tụ C
b
tạo thành
một hiệu ứng cộng hưởng tần số cao. Dải giá trị
từ 0.1nH đến 10nH.
Rvdd_die,
Rvss_die
Điện trở nội nối tiếp.
Đơn vị: Ohm
Mô tả: Điện trở rời rạc
Điện trở nối tiếp của đường dẫn các mô hình
mạng cung cấp kết nối các khối đến một vòng
cung cấp chính. Giá trị cho Rvdd, Rvss là từ

0.5 – 50 Ohm.
C
b
Tụ cách ly khối.
Đơn vị: F
Mô tả: Tụ rời rạc
Tụ cách ly khối nội bộ C
b
là tụ nguồn đến đất
nội bộ đặt nối tiếp với bộ tạo dòng nội bộ Id.
Dải giá trị từ 10pF đến 1nF.
Bảng2-3: Chi tiết của các thành phần ICEM rời rạc.
2.4.3. Hướng đến một mô hình tiêu chuẩn chung
Trong báo cáo kỹ thuật ICEM IEC 62014-3, một tiêu chuẩn nhiều tham vọng cho
mô hình EMC ở mức độ IC được thảo luận tại các nhóm làm việc với tên kế hoạch IEC
62433. Trong tài liệu này, không chỉ các bức xạ dẫn và bức xạ phát ra mà còn có sự
chống nhiễu, bức xạ phát ra và bức xạ dẫn được đặt ra.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 18
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Hình 2-8: Mô hình EMC chung của các IC được đề xuất
trong tiêu chuẩn IEC62433.
Hình 2-8 chỉ ra cấu trúc của mô hình ICEM được áp dụng để phân tích bức xạ, có
sự phân biệt giữa lõi số, lõi tương tự và các IO. Trong trường hợp của các IC tín hiệu
trộn, có sự phân biệt giữa các khối số và tương tự. Các kết nối cung cấp được chia rõ
(VDD tương tự, VDD lõi, VDD IO). Từ hình 2-8, có thể nhìn thấy một mô hình EMC
chung được xây dựng quanh một khối ICEM.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 19
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VĐK HC12D60 VÀ CHIP CESAME
Vì các mạch tích hợp là nguồn chính của bức xạ điện từ, đối tượng đầu tiên của các

mô hình EMC của các IC là cung cấp các mô phỏng EMC mức độ hệ thống con với các
mô hình chính xác và đơn giản của các IC nhúng. Một trong các đặc điểm chính của IC-
EMC là mô phỏng bức xạ điện từ của các mạch. Tiên đoán bức xạ điện từ của một mạch
là một nhiệm vụ khó khăn, phụ thuộc các thông số phức tạp và đa dạng (hoạt động của
IC, mạng cung cấp nguồn IC, đường dẫn PCB, tải ngoài,…). Mô hình hóa bức xạ chính
xác của một mạch yêu cầu một bộ thông số lớn.
3.1. Mô phỏng bức xạ dẫn trong IC HC12D60
3.1.1. Mô hình ICEM
Một vi điều khiển 16 bit theo định dạng mô hình ICEM. PDN trên chip được mô tả
sử dụng các thành phần RLC. PDN đóng gói đơn giản là một bộ các cuộn cảm với giá trị
được tách từ giá trị xấp xỉ của các đường kết nối và đường chì. Giao thức 1Ohm được mô
hình hóa bởi các điện trở rời rạc như thực hiện trên board.
Hình 3-1: Mô hình ICEM của một VĐK 16 bit.
Bảng 3-1 cho biết các thành phần điện khác nhau của mô hình ICEM của thành
phần D60.
Thông số Chú thích
Ib Dòng Ib được mô tả như một xung tam giác (lớn nhất 0.2A)
Cd Cd = 2nF, giá trị khá cao vì tụ trong chip
Lvđ_die,
Lvss_die
Cuộn cảm nối tiếp có giá trị 3nH, tạo hiệu ứng cộng hưởng
với Cb quanh 400MHz.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 20
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
Rvdd_die,
Rvss_die
Điện trở nối tiếp khoảng 2Ohm vì lớp kim loại trong chip dài
Cb Điện dung khối cục bộ, khoảng 50pF
Bảng 3-1: Mô tả các thành phần ICEM
Lưu lại file schematic với tên d60_vde.sch.

Sử dụng tool LC Resonant Frequency có thể tính ra hiệu ứng cộng hưởng LC
khoảng 410MHz.
Hình 3-2: Đánh giá tần số cộng hưởng LC.
3.1.2. Tạo file SPICE
Thực hiện thao tác chọn File -> Generate Spice file.
Màn hình sẽ xuất hiện file gọi là “dc_vde.cir” có chứa mô tả netlist của mạch. Đây
là đầu vào của WinSPICE.
Hình 3-3: Tạo file spice neslist.
Bảng 3-2 cho biết các thành phần trong file “d6-_vde.cir”
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 21
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
RESISTOR
RXXXXXXX N1 N2
VALUE
Example: Rvss 3 7 2ohm
N1 và N2 là 2 node thành phần. VALUE là điện trở, đơn vị
Ohm và có giá trị dương.
CAPACITOR
CXXXXXXX N+ N-
VALUE
<IC=INCOND>
Example: Cb 6 2 1n
N+ và N- lần lượt là giá trị các node thành phần dương và âm.
VALUE là điện dung, đơn vị F.
INDUCTOR
LYYYYYYY N+ N-
VALUE
Example: Lvss 8 2 2n
N+ và N- lần lượt là giá trị các node thành phần dương và âm.
VALUE là điện cảm, đơn vị H.

CURRENT SOURCE
IYYYYYYY N+ N- <<DC>
DC/TRAN
VALUE>
Example: IB 23 21 DC
0.01
N+ và N- lần lượt là giá trị các node thành phần dương và âm.
Nguồn dòng có giá trị dương, chảy ra node N_, qua nguồn,
đến node N
DC/TRAN là giá trị phân tích dc và transient. Nếu giá trị
nguồn là bất biến thì giá trị này chọn là DC.
Supply voltage
VYYYYYYY N+ N-
<<DC> DC/TRAN
VALUE>
Example: VDD 1 0 DC
2.0V
N+ và N- lần lượt là giá trị các node thành phần dương và âm.
Nguồn áp của giá trị dương có thể chọn giữa giá trị node N+
và N
3.1.3. Mô tả nguồn dòng
IA của mạch tương ứng với chu kỳ nạp xả có thể được mô hình bởi một hoặc một
vài nguồn dòng, mô tả cơ bản nhất được thực hiện bởi dạng xung.
Hình 3-4: Mô tả nguồn dòng
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 22
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
3.1.4. Mô tả nguồn cung cấp
Nguồn cung cấp được mô hình hóa bởi một nguồn điện áp cố định. Trong hình 3-5,
nguồn điện áp là hằng số, với giá tri DC = 2.V.
Hình 3-5: Mô tả nguồn cung cấp

3.1.5. Mô tả phân tích
Trong cửa số soạn thảo, một đoạn text sẽ được thêm vào để cài đặt phân tích mong
muốn. Đoạn text phải bắt đầu với ‘TRAN’ (Transient analysis), ‘AC’ (Small signal
frequency anlysis) hay ‘DC’ (static characteristics).Ví dụ TRAN 0.1N 1000N, phân tích
miền thời gian được chọn là 1000ns, với bước nhảy là 0.1ns.
3.1.6. Mô phỏng SPICE
Khởi động chương trình WinSpice và sử dụng file được tạo bởi IC-EMC ở bước
trước để mô phỏng. Mô phỏng được thực hiện trong miền thời gian, kết quả chứa trong
file “d60_vde.txt”. Kết quả này được dùng làm đầu vào để mô phỏng bức xạ trong
Emission Window của chương trình IC-EMC.
Hình 3-6: Mô phỏng transient thực hiện bởi WinSpice.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 23
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến
3.1.7. Mô phỏng bức xạ
Dạng sóng điện áp tính từ mô phỏng tương tự được chuyển sang miền tần số bởi
phương pháp biến đổi Fourier nhanh (FFT).
Trong menu tạo SPICE, chọn “Emission Window”. Phổ sẽ xuất hiện như hình 3-7.
Đó là biến đổi FFT của kết quả mô phỏng WinSPICE trong miền thời gian ở trên.
Hình 3-7: Biển đổi FFT của kết quả mô phỏng.
3.1.7. So sánh kết quả đo với mô phỏng
Trong cửa sổ EMC, chọn “Add Measurements” để xem kết quả phép đo chồng lên
kết quả mô phỏng nhằm mục đích so sánh. Ví dụ so sánh kết quả đo sử dụng phương
pháp VDE1/150Ohm được chỉ ra trong hình 3-8. Kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả
đo được. Năng lượng phổ chủ yếu tập trung trong khoảng 10-300MHz, mức độ thấp của
năng lượng khi trên 500MHz (trên 500MHz, đo bức xạ hướng đến nền nhiễu của phân
tích phổ). Mô hình ICEM tiên đoán rõ các hài trong khoảng 20-500MHz. Tuy nhiên, có
vài sự khác nhau khi quan sát trên 500MHz.
Hình 3-8: Mô phỏng bức xạ dẫn của VĐK 16 bit.
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 24
Tiểu luận môn học GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

Các thông số ICEM có thể thay đổi để cải thiện độ chính xác của tiên đoán. Các
cách tiếp cận có thể là:
- Thay đổi các thông số dòng xung: thời gian lên hoặc thời gian xuống cũng như giá
trị dòng đỉnh (I2).
- Thêm một giá trị điện trở ký sinh đến tụ cách ly C
b
. Giá trị này thường nhỏ, vài
Ohm. Nó sẽ hạn chế hiệu ứng cách ly trên một vài MHz.
- Thay thế dòng xung bằng dòng PWL. Nguồn tạo dòng dạng tam giác đơn giản,
trong khi dòng thực lại tương đối phức tạp. Dòng PWL bao gồm nhiều thông tin hơn do
đó có thể phù hợp với mô phỏng và việc đo.
- Thay đổi các giá trị của tụ khối C
b
và các cuộn cảm nối tiếp Lvdd_die, LVss_die.
Nó có thể thay đổi hiệu ứng cộng hưởng bậc 2.
3.2. Mô phỏng bức xạ của chip kiểm tra CESAME
Chip kiểm tra CESAME dành riêng cho để đặc tính bức xạ dẫn và bức xạ phát ra từ
6 lõi logic đồng nhất, mỗi lõi có kỹ thuật thiết kế đặc thù nhằm giảm bức xạ kí sinh.
Trong kế hoạch European MEDEA + “MESDIE”, đối tác của ST-Microelectronics và
EADS, mục tiêu của chip kiểm tra là kiểm tra các luật thiết kế để đảm bảo lợi ích của
việc giảm nhiễu kí sinh.
3.2.1. Biểu diễn các thành phần
Cấu trúc bên trong của CESAME trong hình 3-9. Tất cả các khối có một cấu trúc
đồng nhất trên cơ sở các bộ chốt, một đồng hồ và cổng tiêu chuẩn phản ánh một oạt động
lõi chuẩn. Trong các lõi, hai loại cấu trúc có thể dùng là: lõi bình thường “NORM” và lõi
“RC”.
Hình 3-9: Chip kiểm tra CESAME.
Một mô hình điện được thiết lập để tiên đoán bức xạ phát ra và bức xạ dẫn. Các
nguồn dòng làm IA đồng nhất cho lõi NORM và RC. Sự khác nhau chủ yếu tập trung ở
điện trở nối tiếp (Rdd_die, Rvss_die) và tụ cách ly nội bộ C

b
. Cuộn cảm của gói hầu hết
là giống nhau ở core RC và NORM.
Mô hình ICEM:
HVTH: Lý Thị Thanh Đào Trang 25