2023汽車半導體生態峰會 || TüV 萊茵周亮：汽車電子部件車規級芯片電磁兼容評估方法

以“鏈啟芯程·智造未來”為主題的“2023汽車半導體生態峰會暨全球汽車電子博覽會”，由廣東省工業和信息化廳、深圳市工業和信息化局、中國能源汽車傳播集團指導，《中國汽車報》社主辦，愛集微承辦，于2023年9月26日至27日在深圳福田會議中心隆重召開。

本屆峰會堅持行業領袖峰會的高端定位，全面助力產業間深度融合與創新，推動上下游產業鏈伙伴攜手合作，共同構建具有全球競爭力的汽車科技創新新生態。

峰會現場，多領域、多視角開展的20場特色活動，囊括主峰會、技術研討、項目路演、專業展覽、交流盛宴等，匯聚政、產、學、研、用、投等多個產業圈層，圍繞全球及中國汽車半導體產業熱點展開交流，峰會重點聚焦新技術、新趨勢，深入剖析汽車半導體各細分領域的發展機遇和挑戰，近百個精彩紛呈的演講，共同呈現出一幅專業而全面的思維圖景。

其中，在9月26日舉辦的“汽車電子部件及車規級芯片專場”，TüV萊茵大中華區交通服務項目經理周亮，做了題為《汽車電子部件車規級芯片電磁兼容評估方法》的精彩演講。以下內容為現場演講實錄：

我是廣州萊茵的周亮，在廣州萊茵工作11年，從事電磁兼容檢測。

TüV萊茵大中華區交通服務項目經理 周亮

今天我會從三個方面來給大家介紹，第一個是汽車電子部件芯片測試的現狀；第二部分是汽車電子部件芯片的電磁兼容測試方法，這部分主要是聚焦在技術上面，第三部分講講TüV萊茵在電磁兼容檢測方面的能力，我們能做哪些東西。

先說一下行業的狀況。目前，對車規級芯片的評估借鑒了零部件的評估方法，主要是從5個領域來評估，分別是電磁兼容、功能安全、信息安全、環境可靠性和測試評價。我今天要講的就是從電磁兼容評估芯片。汽車的芯片總共可以大概分10類，根據汽車芯片的功能，我們可以分為控制芯片、計算芯片、傳感芯片、通信芯片、存儲芯片、安全芯片、功率芯片、驅動芯片、電源管理芯片和其他芯片。這么多芯片并不是說所有的芯片都能做電磁兼容的測試，目前我們接觸到的主要是通信類的芯片做電磁兼容的咨詢比較多。

我們國家目前還沒有專門針對芯片的電磁兼容的法規，目前借鑒的是國際的標準，IEC國際電工委員會的標準。國內的測試資源現在也不太多，有部分的實驗室具備了一些檢測的能力，這個檢測的經驗老實說還不太豐富，萊茵公司是其中一家能做芯片電磁兼容檢測的公司。

第二部分是芯片的電磁兼容測試方法的介紹。要評估的芯片電磁兼容，要做哪些測試？隨著集成電路的發展，速度是越來越快了，目前已經上到了G赫茲，這也是結合到現在的一些應用場景，功能越來越強大了，速度越來越快。隨之帶來的電磁兼容的問題也越來越惡劣，產品集成化越來越高，給電磁兼容工程師整改的空間不多了?，F在產品很成熟，我們面對的問題又更嚴峻，那怎么辦？從常規的手段解決不了的時候，我們再往上層去尋求解決方案，那就是說，在芯片級別的時候就要考慮電磁兼容的問題。

電磁兼容這個問題其實從源頭處理的話，它越容易，成本越低，廠家、零部件供應商對高性能的芯片的要求越來越高了。如果一個硬件工程師選擇了一個合適的芯片，對通過電磁兼容測試是事半功倍的。目前，部分國內外的芯片廠家已經開始自主做電磁兼容的檢測了，部分已經在出廠的報告上提供EMI的報告、EMS的報告，芯片級的電磁兼容是一個新的領域。IEC其實在1990年就已經開始在研究這個標準了。目前主要有四大方面，第一是EMI測試標準，參考的是IEC的61967系列的標準；第二大類是EMS的測試標準，參考的是IEC62132一系列的標準，有-1、-2、-3，一直到-8；第三類是脈沖類的測試標準，參考是IEC62215；第四是ESD測試標準，參考ISO10605。接下來我就這四個部分給大家講解一下我們的測試是怎么做的，怎么評估我們的芯片電磁兼容的問題。

射頻類發射的測試，就是EMI測試，這個測試方法參考了IEC61967-4直接耦合法，右邊是一個測試的框圖，在下面的部分就是test letwork，是一個測試的電路，我們把芯片裝在電路上進行測試，里面有一個端口，EM123是被測的端口。根據不同的標準，對不同的芯片的引腳不一樣，我們針對每個引腳測試MI測試。這一點非常重要，因為在我們零部件級別，主機廠對發射是比較關注的，為什么？因為車上有很多無線通訊的設備，如果產品干擾了這些無線通信產品的正常工作的話，對用戶的體驗是非常差的，比如我要聽廣播的時候，收音機有滋滋聲，或者我打電話的時候，信號不好，這些都有可能是電磁兼容的問題，可能是車上的其他零部件產生的電磁發射造成了同頻干擾，導致我想使用這個功能用不了，所以這個是主機廠很關注的，倒逼我們的零部件供應商解決這個問題。零部件供應商解決不了，就只能再尋求上游，芯片，現在越來越多的零部件供應商會要求芯片廠家到現場來支持，過主機廠的電磁兼容的問題。

芯片級的測試，測試頻段從0.15M到1千M，這個片斷老實說不高，為什么？因為這個標準1990年就開發出來了，現在2023年了，技術已經發生了翻天覆地的變化，車上的電磁輻射測試頻段已經上到6G了，所以這里面是有一些gap。根據芯片的使用場景，會分成不同的工況來評估它的EMI的情況，有正常工作，還有它在休眠時的EMI情況。這是我們實際的測試布置圖，這個布置圖還蠻簡單的，下面黑色的部分就是我們的測試芯片，這有一個射頻線，接到我們的頻譜儀上，根據標準制訂的測量帶寬，測量時間，射頻線接到不同的耦合端口進行測量。評估它的頻譜是否能滿足標準要求的限制，標準會制訂一系列的限制，法規制訂的限制，這個限制是不允許超過的，如果超過的話，證明是有對外輻射導致其他樣品失效的風險，所以我們在評估這個問題的時候，一定在限制以下，它的發射量越小越好。

根據我們的測試經驗，我們做過一款lin芯片，lin是高低變化的波形，并且還是快速變化的，對于快速變化的波形其實是騷擾原來的，變化得越快越容易發射出來。在整車上在這個頻段，主機廠對騷擾是有要求的，不能太高，那怎么辦？如果等到到了零部件級別去考慮的話，可能那時候節點又比較近了，大家的壓力會非常大，我們當時發現這個問題之后，這家芯片廠家在芯片級的時候就進行整改，把LIN通信的上升時間和下線時間，在不影響正常通信的時候，稍微降一點，讓這個發聲量降下來，滿足法規的要求。

第二類，射頻抗擾類的測試，這個測試是參考IEC62132-4直接注入法，右邊的測試框圖是我們的框圖，也是針對不同的PIN計較進行干擾，這個和上面的測試不一樣的是，發射的測試是指芯片在工作的時候，對外發射電磁波，這個電磁波發射得越小越好。同時，在工作的時候，因為車上的環境是非常惡劣的，什么樣的信號都有，外面的信號也會有干擾。我接收到這個干擾的時候，還能不能正常工作？如果外面有干擾，對我有影響，我罷工了，那在整車上是非常危險的，這個就是評估，實驗室會模擬實際的干擾，主動注入干擾到我的芯片上面，看看芯片還能不能正常工作，測試頻段依然到一個G而已，測試的等級最大功率在目前看來不算高，當然對芯片而言是夠的，為什么？因為這是對芯片測試的，當芯片裝到零部件上面的時候，它是有一系列的保護措施的，有很多級的濾波電路，甚至會加了屏蔽罩，這樣能過濾很多的干擾。駐留時間，注入兩秒、一秒還是10秒？標準要求是1秒，這個對應到我的零部件級別的測試，注入的時間是2秒，芯片級比零部件小一點，要求松一些，注入的時間是1秒。

調制的方式是兩種，CW，CW是連續波，第二種調制方式是AM，就是調幅廣播調制方式，如果出現了異?，F象，注入這個干擾，注入34DBM，需要找閾值，需要找到在這個干擾從36DBM慢慢降，降到它剛好出現問題，我再降一點，它又不出現問題的時候，這個功率值就叫閾值，這個閾值需要提供給廠家，甚至是主機廠來評估風險。同樣的，根據芯片的使用場景，也是要做多種模式，要評估這個芯片在不同的功耗下電磁兼容的問題。這是我們的布置圖，最前面的示波器抓的一系列的波形，后面這個電腦可以看到它的通訊是不是正常的，從兩個方面來評估。

第三大類，脈沖注入測試，參考IEC66215-3異步注入法，同樣也是對兩個PIN腳都要注入不同的脈沖，我們注入哪些脈沖呢？這個脈沖和零部件級別的脈沖是吻合的，分別是脈沖1、2A、3A和3B，這些脈沖都是高頻的脈沖，它的變化時間是微秒甚至達到納秒級的，也就是說，在實測上，用電設備在整車的電網上是有非常多的，這些用電設備在起停的瞬間會產生一些損失的脈沖，這些損失的脈沖有的變化非?？欤l率高，頻率高容易發射，就可以通過空間耦合的方式來干擾芯片，電路很厚集的，因為如果通過線的話，可能有一些濾波電路已經把這些干擾濾掉了，但是我通過空間耦合的方式，通過電波是沒辦法濾掉的，測試等級我們評估了，看到這個芯片的測試等級和零部件的測試等級是一致的，它是class4，也是最高的測試等級。測試時間每個脈沖注入的時間是一分鐘，這一分鐘的時間老實說還不算長，零部件的這種級別的測試時間有的要達到一個小時，時間越久越容易出問題。根據不同的工況我們要評估兩種模式，波譜模式和sleep模式，這是我們實際的布置圖，最左邊是脈沖發射器，右邊黑色的是被測的芯片，直接注入到不同的端口上面。

再說最后一類，靜電。靜電是在電磁兼容里面與我們接觸的是最近的一個測試項目，特別是在冬天的時候一定很有感觸，我們脫衣服霹靂啪啦或者我們坐車的時候開門都會啪的一聲，手會有點痛。芯片產品也是同樣的，只要人碰到上面，人是會帶電的，那這個產品就會承受靜電的危害。根據這個標準，10605里面，產品要施加靜電，施加什么樣的強度呢？是1千V還是慢慢對著端口進行施加放電？最高的等級是25KV，如果中間芯片很不幸打壞了，就不用再往上增加了，我們計入此時的值，這個叫做芯片能承受的最高的靜電放電等級。放電模塊330歐，15愛T，這個放電模塊是模擬人體的放電參數，芯片從生產、包裝、運輸、裝配整個流程，只要有人涉及到的地方，都有可能承受到靜電，所以這個靜電就是要模擬各種情況。不同的場景下，我們的人體所儲存的電量是不一樣的。

還有一種情況是，當芯片裝在車上的時候，對這種通訊類的芯片，比如CAN、LIN往往是診斷口，用戶在升級的時候很有可能手碰到這個端口的，這個情況，端口是導體，手碰到端口，順著導體直接打到了芯片上。目前，零部件的放電等級對于PIN腳會松一些，最高目前是做到8KV即可，所以我們的測試找到這個芯片能承受的最高的靜電放電的等級即可，終端目的就是主機廠，主機廠會根據這個等級來評估，來看是否接受，每一個私家的等級，我們的放電次數也是要有定義的，因為靜電是有累計效應的，不是一槍就有問題的，一槍可能沒有問題，打3槍、5槍、10槍，打越多可能越有問題，我們不需要評估很多次，打100次很好，但是會質量過剩，根據這個標準只用打3次就ok了。我們考慮芯片不通電的情況下進行測試，把芯片放到一個測試的板子上進行放電，中間的板子就是芯片，焊在這個板子上，會引出不同的pin腳。最右邊這個是靜電槍，對不同的pin腳進行放電，我們要打3槍，每一槍打完之后會有殘余的電荷存在放電的端口上，所以我們需要左邊這個黑色的刷子叫靜電刷，把殘余的電荷釋放掉再打下一槍，這個評估才是客觀的，否則會有殘余的電量在里面，本來我已經打了3KV，有殘余的電量在上面，可能實際已經是6KV了。

這是芯片級的幾個測試，這四大類測試我們再總結一下，EMI、EMS、脈沖、靜電，這四大類測試對應到零部件級別，基本上是能涵蓋，的但評估的方法相比的零部件會少很多，所以芯片即使過了，并不代表裝載零部件上這個芯片不會有影響，因為它還有其他的評估方法在芯片是沒有做測試的。

接下來說說我們TüV萊茵電磁兼容的能力。目前，我們電磁兼容實驗室的服務范圍有零部件的測試，包含芯片級的測試、產品級別的測試，還有EMC整改、測試計劃的編寫，現在的電磁兼容檢測在國內是越來越成熟了，主機廠對這方面的要求也越來越高。在測試開始前都需要制訂完善的測試計劃，根據測試計劃執行測試，有一些供應商可能不清楚我該怎么做測試，我們實驗室可以提供編寫測試計劃的服務。接下來的部分是電磁兼容檢測人員的培訓，我們在2010年開始做汽車零部件的電磁兼容檢測，華南區是頭一批開始進入這個領域的電磁兼容實驗室，最開始大家是做民用的，慢慢轉到汽車領域，還提供最新標準的解讀。我們在這個領域有十幾年，接觸到了非常多的國際標準和主機廠標準，可以提供標準的解讀。還可以提供實驗室建立的咨詢，以及我們最近正在推的TüV mark或者China mamk的服務，萊茵會和客戶一起針對產品制訂一個標準，通過這個標準之后可以打萊茵的logo，有萊茵的品牌做背書，在上市的時候作為一個賣點。

我們的測試場地，目前電磁兼容這一塊在大中華區有三個場地，分別是廣州、上海、太倉，建立了電磁兼容檢測實驗室。我們的人員配置，在廣州有20個測試工程師、7名項目工程師，項目工程師就是負責項目的，我是其中一個。上海有10位測試工程師，4位項目工程師。太倉是最新成立的，去年成立的，10個測試工程師，3個項目工程師。我們在這個領域耕耘了十幾年，拿到了國內外二三十家主機廠的認可，在華南區應該是最多的，有大眾、通用、一汽、吉利、長安、廣汽等，我們測試的類別，除了芯片級的測試，我們還可以做零件級別的，高壓的產品可以做，電磁包、車載OPC、電驅，電氣測試方面的能力。我們有全套的ISO16750，大眾的是VW8000，高液壓比較主流的是87303，AW的。前面介紹了芯片級的測試，EMI就是輻射發射，芯片級只用做到一個G，1千兆，零部件做到6個G的發射，這就是我們做輻射發射，EMI的場地，這個叫電波ANS，這個白色的泡沫都藏著能稀釋電磁波的材料，這個造價不便宜，兩三百萬元一間房子，不包含其他的設備。

這個場地原來是我們做EMS的場地，EMS和EMI其實兩個是共生的測試項，EMI是對外發射，EMS是外面對我發射，所以兩個是雙公的方式。在同一個場地，用到的設備不一樣，EMI用到功率放大器以及大功率的天線，目前抗繞度EMS也是可以做到6個G，現在國內95%的主機廠做到6G就可以了，個別的主機廠現在要做到10個G。

下一個測試是CI的脈沖類的設備，這個是零部件級別的測試，這個黑色的這一列是機柜，可以根據國際標準ISO7637做全套的脈沖，從脈沖1到脈沖51，用的是EMtest的設備，國內國外主流的廠家。

最后再說一個我們的靜電放電，靜電放電不管是芯片級還是零部件級甚至整車級，都不能忽視的一個測試項目，因為這個直接涉及到消費者，會非常影響使用體驗，所以這個測試幾乎是所有產品都要做的。我們配的也是EMtest的槍，我們實驗室有兩個測試臺架，配的四把槍，因為這個設備很貴，也容易壞，一壞就要修很久，要配很多的槍，這就是我們測試的能力。

我們主要的客戶是國內主要的主機廠，大的TI1廠家。

今天我的介紹就到這里，謝謝。