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