Le rayonnement électromagnétique des circuits Intégrés : techniques de caractérisation et méthodes de modélisation

Electromagnetic radiation from an integrated circuit : characterization techniques and modeling methods

• Auteur / Autrice : Cécile Labussière
• Direction : Étienne Sicard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Conception des circuits micrélectroniques et microsystèmes
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Électromagnétisme

Circuits intégrés

Rayonnements

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Compatibilité électromagnétique

émission

Rayonnement

Champ proche

Modélisation

Icem

Hautes fréquences

Résumé

Les constantes avancées technologiques dans le domaine des semiconducteurs ont permis une augmentation des fréquences de fonctionnement des composants programmables, entraînant l’apparition d’émissions parasites à des fréquences supérieures au GigaHertz. Les progrès en terme d’intégration et de miniaturisation, tant au niveau composant qu’au niveau circuit imprimé, tendent à accroître les phénomènes de couplage parasite par rayonnement direct. Ces dernières années, de nouvelles techniques de mesure ont été proposées afin de caractériser les émissions parasites des circuits intégrés jusqu’à des fréquences atteignant 18 GHz. Après avoir analysé l’origine du rayonnement électromagnétique des circuits intégrés, ce mémoire présente ces nouvelles normes de mesure des émissions rayonnées – la cellule GTEM et le scan champ proche – et souligne la complémentarité de ces deux techniques. Le banc de scan champ proche pour composants développé dans le cadre de cette thèse est également présenté. Une méthodologie de simulation est proposée pour simuler, à partir du modèle ICEM (modèle comportemental permettant de décrire les émissions parasites d’un circuit intégré), les résultats des mesures d’émission rayonnée. Ce flot de simulation est ensuite appliqué pour prédire les émissions électromagnétiques d’un microcontrôleur 16 bits. Une très bonne concordance est observée entre résultats des simulations et données expérimentales. Enfin, ce travail pose les bases d’un modèle ICEM « hautes fréquences » utilisant des matrices de paramètres S pour modéliser les composants à des fréquences supérieures au GigaHertz

The continuous progress in the field of semiconductors makes possible the increase of the operating frequency of programmable components, which leads to the apparition of parasitic emissions at frequencies higher than 1 GHz. Because of the trend to integration and miniaturization, both at component level and at printed circuit board level, the parasitic coupling due to radiation phenomenon has to be more and more taken into account. These last years, new measurement techniques were proposed in order to characterize the parasitic emissions from an integrated circuit up to 18 GHz. After having analyzed the origin of the electromagnetic emissions from an integrated circuit, this document presents these new radiated emissions measurement standards – the GTEM cell and the surface scan method – and underlines the complementarities of the two techniques. The test bench that was developed for scan measurements at component level is also presented. A methodology based on the model ICEM (a behavioral model that describes the electromagnetic emissions from an integrated circuit) is proposed to simulate the results of radiated emission measurements. The simulation flow is then applied to predict the electromagnetic emissions from a 16-bit microcontroller. A very good agreement is achieved between simulation results and experimental data. Finally, the author investigates a "high-frequency" ICEM model that uses S-parameter matrices to model components at frequencies higher than 1 GHz.