EMC of Integrated Circuits 深度解析
Electromagnetic Compatibility of Integrated Circuits: Techniques for Low Emission and Susceptibility（Springer, 2006）由 Sonia Ben Dhia、Mohamed Ramdani 和 Etienne Sicard 主编，汇集 30+ 位来自 Philips、Freescale、Hitachi、Infineon、EADS 等企业的 EMC 专家贡献。本书是 IC 电磁兼容领域的首部系统性专著，覆盖基础概念、历史回顾、电磁理论、测量方法、建模技术、案例研究与设计指南 7 章 + 2 附录。
书籍定位
| 属性 | 内容 |
|---|---|
| 全称 | Electromagnetic Compatibility of Integrated Circuits: Techniques for Low Emission and Susceptibility |
| 编著者 | Sonia Ben Dhia、Mohamed Ramdani、Etienne Sicard |
| 出版 | Springer Science+Business Media, 2006 |
| ISBN | 0-387-26600-3（印刷）/ 0-387-26601-1（电子版） |
| 页数 | ~480 页，7 章 + 附录 A-B + 术语表 |
| 定位 | IC EMC 领域 首部系统性专著，面向 IC 设计师与系统工程师 |
| 风格 | 测量-建模-设计三位一体，大量案例与标准化流程 |
| 先行知识 | 电路理论、电磁学基础、IC 设计基础 |
| 配套资源 | CD-ROM 含 EMC 工具（IC-EMC、EMC2000、HFSS 等）与电子学习课程 |
与现有知识库的定位对比
| 维度 | EMC of ICs（本书） | Class-D 放大器设计 | 信号与系统（Oppenheim） |
|---|---|---|---|
| 核心视角 | IC 级 EMC（发射/抗扰度/建模） | 功率放大器 EMI 抑制 | 信号与系统理论 |
| 覆盖范围 | 7 章：概念→理论→测量→建模→案例→设计 | 23 章：Class-D 完整设计链 | 11 章：CT/DT 信号与系统 |
| 独有内容 | ICEM/IBIS/IMIC/LECCS 模型、IEC 61967/62132 标准、TEM/GTEM 测量 | EMI 频谱/扩频/snubber | 傅里叶/ Laplace/ z 变换 |
| 标准化 | 核心（IEC/CISPR/ISO） | 不涉及 | 不涉及 |
全书结构
Chapter 1: Basic Concepts in EMC for ICs（IC 电磁兼容基础概念）
核心思想：建立 IC 级 EMC 的基本概念框架——串扰、SSN、发射/抗扰度耦合机制与测量概述。
本章要点：
- 1.1 片内 EMC 问题：串扰（公共阻抗/电场/磁场耦合）、SSN（ground bounce/power bounce/ΔI 噪声）
- 1.2 外部耦合 EMC：传导耦合、电场耦合、磁场耦合、辐射场耦合四种机制
- 1.3 基本发射测量：TEM cell（IEC 61967-2）、1Ω/150Ω 传导测量（IEC 61967-4）、近场磁扫描
- 1.4 基本抗扰度测量：BCI 大电流注入、DPI 直接功率注入、WBFC 工作台法拉第笼
- 1.5 IC EMC 建模概述：IBIS 标准（信号完整性）→ ICEM 模型（IEC 62014-3，寄生发射预测）
关键公式：
→ 概念页：IC电磁兼容基础与耦合机制
Chapter 2: Historical Review and State-of-the-Art（历史回顾与现状）
核心思想：从 1965 年至今 IC EMC 研究的演进历程——从军事核脉冲防护到民用标准化。
本章要点：
- 2.1 早期工作（1965-1990）：Moore 定律、美军 Kirtland 核脉冲研究、SPECTRE 仿真、MIL-STD-461/462、Whalen 1979 RFI 特刊
- 2.2 1990-1995 研究：Bakoglu 寄生效应综述、CMOS vs TTL 敏感度差异、TDR 封装表征
- 2.3 1995-2000 发展：IEC 标准化启动、IBIS 标准发布
- 2.4 技术路线图：IC 技术发展趋势、EMC 挑战随工艺缩放的变化
- 2.5 标准化现状：IEC 61967（发射）、IEC 62132（抗扰度）、IEC 62215（瞬态抗扰度）
→ 概念页：IC电磁兼容历史回顾与标准化
Chapter 3: Fundamentals and Theory（基础理论）
核心思想：为 EMC 现象提供数学与物理基础——电磁辐射理论、傅里叶分析、传输线、RLC 高频建模、S 参数。
本章要点：
- §1 基本电磁理论：电偶极子（Hertzian dipole）场公式、磁环辐射、近场/远场近似、辐射功率与辐射电阻
- §2 傅里叶分析：傅里叶级数/变换、FFT 算法、dBμV 单位、典型信号频谱（正弦/方波/三角/脉冲）
- §3 传输线：分布参数模型（R/L/G/C）、Telegrapher 方程、无损线波传播、特性阻抗 、反射系数 、SWR、Smith Chart、微带线/带状线
- §4 RLC 高频建模：电阻/电容/电感的寄生参数与频率依赖模型、趋肤效应、邻近效应
- §5 S 参数：散射参数定义、入射/反射波、S 参数矩阵
关键公式：
→ 概念页：电磁兼容基础理论
Chapter 4: Measurement Methods（测量方法）
核心思想：系统介绍 IC 级 EMC 标准化测量方法——发射与抗扰度的完整测量体系。
本章要点：
- §2 TEM/GTEM 方法（IEC 61967-2）：TEM cell 结构（septum/50Ω）、电场强度计算、IC 发射测量设置、GTEM cell 高频扩展
- §3 近场扫描：磁场探头/电场探头、空间分辨率、近场-远场变换
- §4 WBFC 方法（IEC 61967-5）：工作台法拉第笼、共模传导发射
- §5 1Ω/150Ω 方法（IEC 61967-4）：差分传导发射测量
- §6 BCI 大电流注入（IEC 62132-3）：注入探头、频率范围、校准
- §7 DPI 直接功率注入（IEC 62132-4）：注入电容、功率电平
- §8 瞬态抗扰度：ESD/EFT/EOS、IEC 62215
- §9 暗室/混响室：各向异性场、模式搅拌
- §10 片上测量：内部噪声表征
→ 概念页：IC电磁兼容测量方法与标准
Chapter 5: EMC Modeling（EMC 建模技术）
核心思想：IC EMC 建模的完整体系——从 ESD 模型到发射/抗扰度宏观模型。
本章要点：
- §1 ESD 模型：HBM（100pF/1500Ω）、MM（200pF/0Ω）、CDM（自身带电放电）、TLP（传输线脉冲）
- §2 内部电流开关：门级电流峰值机制、工艺缩放对电流的影响（CMOS 1.2μm→65nm）
- §3 PCB 与封装模型：封装寄生 R/L/C、键合线、PCB 走线传输线模型
- §4 ICEM 模型（IEC 62014-3）：ICEM-Core（内部电流源+阻抗）、ICEM-I/O（I/O 缓冲模型）、ICEM-Package（封装寄生）
- §5 IBIS 模型：I/O Buffer Information Specification（ANSI/EIA-656-A）、V/I 曲线、V/T 数据
- §6 IMIC 模型：Integrated Macro-model for IC
- §7 LECCS 模型：LECCS-Core（核心电流模型）、LECCS-I/O（I/O 模型）
- §8 VHDL-AMS：行为级 EMC 仿真语言
→ 概念页：IC电磁兼容建模技术
Chapter 6: Case Studies（案例研究）
核心思想：真实 IC 的 EMC 测量与建模案例——从测试芯片到低发射微控制器。
本章要点：
- §1 ST-Microelectronics CESAME 测试芯片：6 种低发射设计技术对比（NOR/NORM/ISO/GRID/RC/ISV）、ICEM 建模验证
- §2 Freescale 微控制器发射：8/16-bit MCU 的 TEM cell 测量、时钟/IO 贡献分析
- §3 微控制器抗扰度案例：BCI/DPI 测量、故障模式（PLL 失锁/寄存器翻转）
- §4 低发射设计规则验证：去耦电容/电源网格/隔离技术的量化效果
- §5 Hitachi/Infineon/EADS 案例
→ 概念页：IC电磁兼容案例研究
Chapter 7: Guidelines for Improved Immunity（设计指南）
核心思想：从 IC 设计到系统级防护的 EMC 改善指南。
本章要点：
- §2 片上去耦：去耦电容对 RF 传递增益的影响（3nF→30nF 谐振频率 30MHz→7MHz）
- §3 防御性软件：I/O 管理（端口方向寄存器刷新）、输入数据管理（有效性范围检测）、控制流监督（BCH 纠错码/看门狗）
- §4 低发射设计技术：时钟管理（扩频/斜率控制）、电源完整性（去耦/平面电容）、I/O 设计（slew-rate 控制/差分信号）
- §5 封装与 PCB 指南：封装选择、PCB 叠层、去耦布局
- §6 异步电路设计：准延迟不敏感（QDI）电路的低 EMC 特性
→ 概念页：IC低发射与抗扰度设计指南
Appendix A: Useful Tables（有用表格）
转换表（dB↔电压/电流比、dBμV↔电压比、dBm↔功率）、电感阻抗-频率关系图、谐振频率公式、天线效应关系图、电场-功率-距离表、米-英寸转换。
Appendix B: Companion CD-ROM（配套 CD-ROM）
EMC 工具描述：IC-EMC（FFT 分析）、EMC2000（矩方法/近场/远场）、HFSS（有限元 3D 电磁场）、WinSPICE、SystemVision、Simplorer 等。
贡献者一览
本书汇集 30+ 位贡献者，来自全球主要半导体与电子企业：
| 贡献者 | 单位 | 贡献章节 |
|---|---|---|
| Sonia Ben Dhia | INSA-LESIA, Toulouse | Ch.3,4,5,6,CD |
| Etienne Sicard | INSA-LESIA, Toulouse | Ch.1,2,3,7,CD |
| Mohamed Ramdani | ESEO, Angers | Ch.3,5 |
| Stéphane Baffreau | IUT, Tarbes | Ch.5,6,7 |
| Sandeep Bakshi | Philips, Eindhoven | Ch.4 |
| Mart Coenen | Philips, Eindhoven | Ch.4,6,7 |
| Bernd Deutschmann | AMS, Austria | Ch.5 |
| Franco Fiori | Politecnico di Torino | Ch.5 |
| Todd Hubing | Univ. Missouri-Rolla | Ch.1,2 |
| Thomas Steinecke | Infineon, Munich | Ch.6 |
| Osami Wada | Kyoto University | Ch.5,6 |
| Bertrand Vrignon | ST Microelectronics | Ch.5,6 |
关键标准索引
| 标准 | 主题 | 状态 |
|---|---|---|
| IEC 61967 | IC 射频传导/辐射发射测量（7 部分） | 已完成 |
| IEC 62132 | IC 射频抗扰度测量（6 部分） | 进行中 |
| IEC 62215 | IC 瞬态抗扰度（ESD/EFT/EOS） | 提案阶段 |
| IEC 62014-3 | IC EMC 模型（ICEM） | 草案标准 |
| IBIS (ANSI/EIA-656-A) | I/O Buffer 信息规范 | 国际标准 |
| CISPR 25 | 车载系统发射测量 | 系统级 |
| ISO 11452 | 车载系统抗扰度测量 | 系统级 |
| MIL-STD-461/462 | 军用设备 EMC 要求/测量 | 军事标准 |
术语表精选
| 缩写 | 全称 |
|---|---|
| BCI | Bulk Current Injection（大电流注入） |
| DPI | Direct Power Injection（直接功率注入） |
| ESD | Electrostatic Discharge（静电放电） |
| GTEM | Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode |
| HBM | Human Body Model（人体模型） |
| ICEM | IC Electromagnetic Model |
| IBIS | I/O Buffer Information Specification |
| SSN | Simultaneous Switching Noise（同时开关噪声） |
| TEM | Transverse Electromagnetic Mode |
| WBFC | Workbench Faraday Cage（工作台法拉第笼） |