ТЕМ-КАМЕРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОМЕХОЭМИССИИ И ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
TEM TEST CELL FOR ESTIMATING NOISE EMISSION AND NOISE IMMUNITY OF INTEGRATED CIRCUITS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытательным устройствам, и может быть использовано для исследований и испытаний объектов в области электромагнитной совместимости (ЭМС).
Для обеспечения устойчивой работы радиоэлектронных средств (РЭС) на этапе их разработки необходимо проводить исследования, а на конечном этапе испытания на ЭМС для изучения и выявления возможных механизмов отказа под воздействием внешних электромагнитных полей (ЭМП), а также оценку соответствия излучаемой помехоэмиссии требуемому уровню. Наиболее восприимчивыми к воздействию ЭМП являются полупроводниковые приборы, а именно интегральные схемы, рабочие частоты и степень интеграции которых постоянно растут, в связи с чем необходимо проводить оценку их помехоэмиисии и восприимчивости к ЭМП в широком диапазоне частот и амплитуд воздействий. Подобные исследования и испытания могут быть проведены в ТЕМ-камерах, представляющих собой устройства на основе линии передачи, используемые для проведения испытаний на излучаемую помехоустойчивость и помехоэмиссию элементов РЭС [IEC 61000-4-20-2010. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-20: Testing and measurement techniques - Emission and immunity testing in transverse electromagnetic (TEM) waveguides].
Первые ТЕМ-камеры создавались по методике [Crawford M.L. Generation of standard EM fields using TEM transmission cells// IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 1974. - Vol. 16. - No. 4. - P. 189-195.], описывающей распространение квази Т-волны вдоль отрезка волновода с расположенным внутри центральным проводником при заданном характеристическом сопротивлении и уровне напряженности электрического поля на частотах, не превышающих частоты резонанса высших мод. Для согласования отрезка волновода с СВЧ соединителями применяются сужения размеров проводников, образующие две пирамидальные формы переходов на концах волновода.
Из патента US 5436603, H01P1/00, 25.08.1995, известна ТЕМ-камера, в конструкции которой центральный проводник ступенчато расширяется в месте соединения регулярной части и переходов, что обеспечивает КСВН менее 1,2 в диапазоне частот 50 кГц - 1 ГГц. Недостатком данного устройства является низкое значение верхней граничной частоты и высокий уровень КСВН в диапазоне рабочих частот.
Из патента RU 36737, G01R31/00, 15.12.2003 известна ТЕМ-камера с устройством освещения, включающая в себя отрезок прямоугольного волновода с пирамидальными элементами, прилегающими к торцам прямоугольного волновода, в вершинах которых выполнены коаксиальные выводы для подключения центральной пластины, и содержащая внутри устройство освещения в виде оптоволокна, первый конец которого оптически связан с источником света, а второй конец снабжен диэлектрической линзой. Недостатком данного устройства являются низкое значение верхней граничной частоты, а также неоднородность, вносимая элементами конструкции для подключения устройства освещения и приводящая к увеличению значения КСВН.
Из патента RU 2606173, H01P 1/00, 28.12.2015 известна ТЕМ-камера, содержащая полый металлический корпус с двумя сужающимися пирамидальными переходами. Устройство предназначено для испытаний объектов высотой не более 20 мм при КСВН не более 1,08 в диапазоне частот до 2 ГГц. Данные показатели обеспечиваются за счет специальной формы центрального проводника, сужений и изгибов корпуса камеры. Недостатком данного устройства является сложность изготовления элементов конструкции, а также низкое значение верхней граничной частоты 2 ГГц.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является ТЕМ-камера, описанная в работе [Демаков А.В. Разработка TEM-камеры для испытаний интегральных схем/ А.В. Демаков, М.Е. Комнатнов// Доклады ТУСУР. - 2018. - Т. 21, №1. - С. 52-56.], конструкция которой состоит из корпуса прямоугольной формы, уменьшение ширины которого выполнено в виде линейного сужения с прямоугольным выступом на его конце, внутри которого выполнено круглое отверстие для коаксиально-полоскового перехода. Соединение проводящих поверхностей корпуса выполнено в виде фаски под углом 57° с шириной скоса 1 мм. Согласование ТЕМ-камеры с фидерным трактом обеспечивается до верхней граничной частоты, составляющей 5,2 ГГц, при модуле коэффициента отражения не более минус 25 дБ. Недостатками данного устройства являются высокая предъявленная точность к значениям геометрических параметров, что увеличивает сложность изготовления элементов конструкции камеры, а также отсутствие проработки вариантов согласования центрального проводника с высокочастотными соединителями.
Заявляемая ТЕМ-камера для оценки помехоэмиссии и помехоустойчивости интегральных схем включает в себя центральную пластину, которая расположена внутри корпуса, центральная часть которого выполнена из четырех проводящих поверхностей, в одной из которых имеется вырез, а поверхности образуют прямоугольный параллелепипед, открытые концы которого соединены с согласующими переходами и высокочастотными соединителями, и отличается тем, что центральная часть корпуса имеет прямоугольный или круглый вырез и образована параллелепипедом равной длины и ширины, причем по высоте параллелепипед образован прямоугольником в поперечном сечении с соотношением сторон 1/0,3, который соединен на каждом конце с согласующим переходом длиной 1/11 от длины центральной части, выполненным в виде ее сужения под угол 11,9° при его неизменной высоте, который на конце соединен с регулярной частью, имеющей прямоугольное поперечное сечение с соотношениями сторон 1/12 от ширины и 1/75 от длины центральной части, к которому присоединен корпус высокочастотного соединителя, а его центральный проводник, устанавливаемый в регулярной части через сквозное круглое отверстие, припаян к центральной пластине, смещенной на расстояние, равное 1/22 от высоты, относительно оси камеры в продольном сечении, которая выполнена из проводящего материала с шириной 1/2,5 от ширины центральной части корпуса, и длиной 1/1,016 от длины центральной части корпуса, и имеет два сужения под углами 43,3° на расстоянии 1/10 от конца центральной части корпуса и 31,8° на расстоянии 1/50 от начала сквозного отверстия в регулярной части.
3
Техническим результатом является возможность увеличения максимальной рабочей частоты камеры до 5,3 ГГц, при габаритах испытуемого объекта не более 30×30×5 мм и значении КСВН не более 1,2.
Технический результат достигается за счет указанной формы и размеров корпуса и центрального проводника ТЕМ-камеры.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
На фиг. 1 приведен изометрический вид ТЕМ-камеры.
На фиг. 2 приведены продольное (а) и поперечное (б) сечения ТЕМ-камеры.
11
21
На фиг. 3 приведены измеренные частотные зависимости модулей коэффициентов отражения |S| и передачи |S| ТЕМ-камеры.
На фиг. 4 приведена фотография ТЕМ-камеры.
1
2
2
1
2
3
4
5
3
4
2
В состав заявляемого устройства входит корпус толщиной t, выполненный в виде основания 1 и крышки 2, соединяемых посредством винтового соединения c расположенным внутри центральным проводником 3. Центральная часть корпуса представляет собой прямоугольный волновод длиной L с соотношением сторон 1/0,3, концы которого имеют сужение под угол 11,9° ширины a в продольном направлении с двух противоположенных сторон при неизменной высоте b на расстоянии L. На концах сужений имеются прямоугольные выступы регулярной части длиной L и шириной a. На стыках сужающейся и центральной частей, а также в местах выступа регулярной части выполнены скругление боковых граней радиусами R и R соответственно. Два высокочастотных соединителя 4 подключаются к центральной пластине с двух противоположенных сторон через круглые отверстия в регулярной части радиусом, соответствующим радиусу диэлектрика соединителя. В центральной части корпуса ширина центрального проводника w остается неизменной на расстоянии L и линейно уменьшается под угол 31,8° вдоль длины L и под угол 43,3° вдоль длины L с округлением граней радиусами R и R соответственно. Размещение испытуемой интегральной схемы во внутреннем объеме камеры производится путем ее расположения на измерительной печатной плате прямоугольной (размером 100×100 мм) или круглой (диаметром D=100 мм) формы. Измерительная печатная плата с испытуемой ИС помещается в сквозной прямоугольный или круглый вырез 5, выполненный в центральной части корпуса. Фиксация измерительной печатной платы производится с помощью четырех зажимов, устанавливаемых на креплениях 6 с помощью винтовых соединений.
Принцип работы устройства заключается в следующем: к одному из соединителей 3, подключается генератор, а к другому - нагрузка 50 Ом. В результате высокочастотного воздействия от генератора внутри камеры распространяется квази-Т волна и поглощается в нагрузке 50 Ом. Равномерность распространения квази-Т волны определяется геометрическими параметрами камеры, соответствующими в каждом элементарном поперечном сечении волновому сопротивлению 50 Ом.