JEITA 半導体EMC-SCの活動紹介〈実証実験：実測・シミュレーションによるマイコンのEMC性能評価〉

JEITA 半導体EMC-SubCommittee
林 靖二

March.19 ,2015

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JEITA 半導体EMC-SubCommittee
JEITA 半導体製品技術標準化専門委員会の下部組織
IEC SC47A（集積回路）の国内審議委員会◆半導体EMC測定方法（ｴﾐｯｼｮﾝ）:IEC61967ｼﾘｰｽﾞ（ｲﾐｭﾆﾃｨ) :IEC62132ｼﾘｰｽﾞ◆半導体EMCモデリング方法:IEC62433ｼﾘｰｽﾞ
IEC規格

March.19 ,2015

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IEC61967-6 Magnetic Probe Method
伝導性エミッションに関する測定法の規格
MSLの給電線に重畳した電源ノイズ（電流）をマグネティックプローブで測定しノイズ性能を評価

Magnetic Probe method diagram

Spectrum analyzer
Pre-amplifier

Magnetic Probe
NoiseDCsupply
Magnetic field
測定外観

High-frequency current @VDD terminal、8MHz operation
Calculation by the Electromagnetic field simulator[dBuA]
9080706050403020100-101

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10100
Frequency[MHz]1,0003

半導体EMC-SCの活動：実証実験
実際のLSIを題材に、測定方法 と モデリング方法を実践
目的①規格の技術的理解を深め、規格をより良いものにする②運用上の課題を抽出し、世の中に広報して混乱なく規格を運用可能にする

精度検証
・測定方法
⇒再現性

有効性検証
・測定方法＆モデリング方法⇒EMCの問題を解決できるのか？

・モデリング方法⇒コリレーション

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4実証実験その1：半導体EMC測定方法の精度検証規格に準拠したBoardを各社が設計し同一マイコンのノイズを測定
実施：2003年～
ﾀｰｹﾞｯﾄ：ﾏｲｺﾝ（H8S/2623） 日立製作所（現ﾙﾈｻｽ）製
MP法の測定結果

http://semicon.jeita.or.jp/hp/spt/sc_pg/emc/iec61967-6.html

評価結果へのBoardの影響を示した
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5実証実験その2：半導体EMCモデリング方法の精度検証
ﾏｲｺﾝのEMC性能の評価（MP法）をｼﾐｭﾚｰｼｮﾝと実測で実施
実施：2013年～
ﾀｰｹﾞｯﾄ：ﾏｲｺﾝ Spansion製
ﾏｲｺﾝ :100pinQFP+
Board （Denso社設計）

Pin Function
Pin name
NumberModelling
General Purpose I/O port 76－
Power supply for I/O & VD54〇
a part of Flash
Ground for DigitalVSS6〇
Power supply for Analog AVCC0/12－
AVRH0/1,AVSS0/AVRL0Analog reference voltage
4－Main clock I/OPower supply for main
Digital

AVSS1/AVRL1
X0/1

VDD

Other functional terminal MD0/1,RSTX,

21－
〇5－

DEBUGIF,NMIX

L1

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L4

Modelling target terminal：
VD5,VDD,VSS

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6実証実験その2：モデルANSYS RedHawkChip•Power supply noise analysis•Output as CPM (Chip Power Model)
Supplied by FUJITSU VLSIIEC62433-2:ICEM-CE 相当

12mm12mmPackage

ANSYS Q3D Extractor•Extract LCR of the Package•SPICE model generation

100mm100mm

Board

ANSYS HFSS
•Extract S-parameter of the Board•Set the capacity implementation point•Calculate a current value, by using theexcitation condition of the circuit

ANSYS Designer

The entire
c203

c202

c201

c112

c111

c110

c109

c108

c107

c106

c105

c104

c103

c102

c101

c8

c7

c4

c3
AAAA

•Connect LCR, CPM and S-parameter of theBoard•Calculates the time response characteristics forthe entire models•The inverse FFT analysis, to pass the excitation
condition HFSSMarch.19 ,2015

AA
AAA
A
A

c404

c402

c303

c302

c301

c206

c205

c204

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Set the capacity
implementation point

Whole of theanalysis model7

実証実験その2：シミュレーション ツールチェーン
ChipPackage
Board

RedHawk
Chip

Q3D Extractor
Package

HFSS
Board

CPM

Equivalent circuit

S-parameter

ANSYS Designer

Circuit containing <Chip+Package+Board>

Excitation condition

HFSS<Board> consider the Circuit conditions

Current value(EM field distribution)

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8実証実験その2：コリレーション結果
High-frequency current measurements
using Magnetic Probe method
Calculation by Electromagnetic field simulator
VDD
VD5High-frequency current @VDD terminal、8MHz operation
Calculation by the Electromagnetic field simulator[dBuA]
90807060
50
4030
20
100-10

Simulation
Measurement
Power off (meas.)110100Frequency[MHz]1,000

High-frequency current @VD5 terminal、8MHz operation
Calculation by the Electromagnetic field simulator[dBuA]
9080706050403020100-10Simulation
Measurement
Power off (meas.)

110Frequency[MHz]

100

1,000

・傾向はよく一致している（500MHz以上の精度に課題）
・解析にかかった期間は、6時間程度（ﾓﾃﾞﾙｾｯﾄｱｯﾌﾟに3時間ほど）
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9実証実験その2：コリレーション結果

Magnetic field distribution (HFSS)
Magnetic field distribution (@8MHz, 1e0~1e-4 A/m log scale)
VDD

VD5TOP

BOTTOM

・There is correlation of the current value & the magnetic field strength

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10有効性検証

精度検証
・測定方法
⇒再現性

有効性検証
測定方法、モデリング方法⇒EMCの問題を解決できるのか？

・モデリング方法⇒コリレーション
有効性検証で議論すべき項目①機器のEMCと半導体EMCの関連②半導体EMCの評価結果の活用方法③EMCｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの活用方法
現在、③に関してｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ時間に着目している
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EMCシミュレーション時間
ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ時間と得られる効果
高短ﾓﾃﾞﾙ

解 多析
可能回数
低

精度
少ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ時間

一般的なシミュレーションフロー
ﾓﾃﾞﾙ収集Pre処理

・部品ﾓﾃﾞﾙ・ﾓﾃﾞﾙ要素
接続・形状＆物性ﾃﾞｰﾀ

解析
・解析条件
設定

・ﾒｯｼｭ作成

Post処理・出力・可視化・解析条件
設定

実証実験で要したｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ時間

６時間

長・精度とのバランスをみて最適な活用方法を選択
・同じ精度なら短い方がよい

３時間

３時間

LPBformatに期待解析ﾊｰﾄﾞ強化
解析ｱﾙｺﾞﾘｽﾞﾑ改善

ﾓﾃﾞﾙｾｯﾄｱｯﾌﾟにかかる時間も短縮したい
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LENプロジェクト
LPB相互設計WG – EMC-SC – ﾅﾉ（Nano）世代物理設計WG

精度検証
・測定方法
⇒再現性

有効性検証
測定方法、モデリング方法⇒EMCの問題を解決できるのか？

・モデリング方法⇒コリレーション

ナノ世代物理設計WGと連携
高精度化をめざし解析結果分析

LPB相互設計WGと連携
LPBﾌｫｰﾏｯﾄによる解析時間短縮
本日Mentor様より報告

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IEEE P2401 － IEC SC47A WG2 連携2014.11.13 IEC東京大会
IEEE P2401 – IEC SC47A WG2Joint meeting

LPB format と IEC62433（半導体EMCのmodel）間でKeywordに反故が無いように調整していくことで合意
LPB formatはIEC62433とも繋がります（LEN活動）
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まとめ
 JEITA 半導体EMC-SCの紹介をしました 実証実験としてﾏｲｺﾝのEMC性能評価ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの精度検証を行っています JEITA内の委員会で連携して（LENﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ）、更なる精度向上や有効性検証に取り組んでいます EMCｼﾐｭﾚｰｼｮﾝにおいてLPB formatによる解析時間短縮に期待しています

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おわり

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