筆記本電腦高速存儲(chǔ)芯片電磁輻射檢測(cè)

周 飚 胡劍文 姚 勝 魏 偉 阮 武 張志國(guó)

（1.合肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院/國(guó)家家用電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（安徽）/安徽省電子電氣產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試分析中心 合肥 230088； 2.合肥聯(lián)寶信息技術(shù)有限公司 合肥 231100）

引言

目前針對(duì)筆記本產(chǎn)品高速存儲(chǔ)芯片的電磁輻射特性沒有評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)和芯片應(yīng)用中的電磁干擾問題無(wú)法提前識(shí)別和快速解決問題進(jìn)行研究。將會(huì)在芯片級(jí)電磁輻射測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量工具、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)上形成突破，并輸出相應(yīng)的研究和開發(fā)成果，最終為高速存儲(chǔ)芯片相關(guān)企業(yè)提供電磁輻射特性的測(cè)試測(cè)量、質(zhì)量檢測(cè)、故障分析。從而確保在高速存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域電磁技術(shù)方向上走在全國(guó)前列，保障存儲(chǔ)芯片的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。推動(dòng)高速存儲(chǔ)芯片應(yīng)用突破技術(shù)瓶頸，打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的束縛，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康高速發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)近場(chǎng)輻射概況

國(guó)內(nèi)近場(chǎng)輻射的研究方向以前期理論研究為主導(dǎo)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)應(yīng)用推廣，以理論聯(lián)系實(shí)際，解決研發(fā)過程中電磁兼容方面突發(fā)的問題。國(guó)內(nèi)近場(chǎng)輻射前期理論主要分四個(gè)階段進(jìn)行研究。

第一階段：1950 ～1961年，以無(wú)探頭補(bǔ)償?shù)慕鼒?chǎng)測(cè)量理論和實(shí)驗(yàn)為主；

第二階段：1961 ～1975年，以考慮探頭補(bǔ)償?shù)慕鼒?chǎng)測(cè)量理論為主；

第三階段：1965 ～1975年，以考慮探頭補(bǔ)償?shù)慕鼒?chǎng)測(cè)量理論的實(shí)踐驗(yàn)證為主；

第四階段：1975 至今，以技術(shù)應(yīng)用推廣為主。

無(wú)論是對(duì)于近場(chǎng)輻射測(cè)量還是近場(chǎng)散射測(cè)量，由于平面掃描的數(shù)據(jù)采集方式最為簡(jiǎn)便，機(jī)械上便于實(shí)現(xiàn)，而且近遠(yuǎn)場(chǎng)變換可以利用快速傅里葉變換作為高效計(jì)算，因此平面近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)中研究最早、應(yīng)用最多的測(cè)量方法。近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的成功取決于三個(gè)領(lǐng)域上的進(jìn)展：一是已經(jīng)有了一套比較完整的平面變換理論；二是計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展使得測(cè)量的自動(dòng)控制以及精確有效的數(shù)值計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)；三是有了能夠在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)精確測(cè)量微波信號(hào)福相的電子設(shè)備[1]。

2 檢測(cè)的目的、意義

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，5G 通信、人工智能在各行業(yè)的迅速普及和應(yīng)用，人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ骱蛯W(xué)習(xí)等各場(chǎng)景下每天產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)量也極具增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)也成為現(xiàn)在以及未來(lái)生活中最核心和有價(jià)值的資源。對(duì)于數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、保存等各環(huán)節(jié)，都離不開存儲(chǔ)芯片，高速存儲(chǔ)芯片由于其數(shù)據(jù)讀寫和處理速度快，也成為未來(lái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要方向。高速存儲(chǔ)芯片的工作頻率高，制程工藝小，其電磁輻射風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，高速存儲(chǔ)芯片的電磁輻射問題日趨嚴(yán)重，不僅影響產(chǎn)品的電磁兼容相關(guān)認(rèn)證，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品內(nèi)各功能模塊產(chǎn)生電磁輻射干擾，從而導(dǎo)致性能功能的下降，影響產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

通過近場(chǎng)輻射方法檢測(cè)，可以為高速存儲(chǔ)芯片的開發(fā)、選型、應(yīng)用提供統(tǒng)一的衡量手段，確保高速存儲(chǔ)芯片開發(fā)企業(yè)與應(yīng)用企業(yè)之間協(xié)同配合，解決產(chǎn)品中高速存儲(chǔ)芯片的電磁輻射干擾問題具有重大的意義。《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》明確提出在 IC 設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展，構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)業(yè)鏈！高速存儲(chǔ)芯片作為集成電路產(chǎn)業(yè)中最為關(guān)鍵和應(yīng)用廣泛的芯片，開展高速存儲(chǔ)芯片的電磁輻射特性評(píng)估研究是此類芯片在電磁技術(shù)方向上實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。

3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)對(duì)象：筆記本SSD 高速存儲(chǔ)芯。

試驗(yàn)對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)：連接電源并運(yùn)行BurnInTestV9.0程式，CPU、2D Graphics、3D Graphics、Disk（選中SSD盤符）、Memory、Video Playback、GPGPU均設(shè)置為80 %狀。

試驗(yàn)設(shè)備：自主研發(fā)近場(chǎng)輻射自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)（型號(hào)：ES67，測(cè)量范圍：10 MHz ～6 GHz，屏蔽效能：＞50 dB），接收機(jī)（型號(hào)：ESU，頻段：20 Hz ～26.5 GHz）。

測(cè)試原理：采用機(jī)械手操控電磁場(chǎng)近場(chǎng)探頭，全自動(dòng)模式，并采用距DUT 不間距的表面選取區(qū)域掃描的功率值，獲取DUT 表面一定距離范圍內(nèi)的電磁場(chǎng)噪聲強(qiáng)度，如圖1。

試驗(yàn)步驟：

1）系統(tǒng)設(shè)置

BW：為兼顧測(cè)試準(zhǔn)確度、分辨率以及測(cè)試效率，測(cè)試設(shè)置RBW 為：10 kHz，VBW 為：10 kHz，開啟10 dB衰減器，用于保護(hù)接收機(jī)；

掃描頻率：30 MHz ～1 GHz，頻段內(nèi)采樣點(diǎn)：1 000 個(gè)，掃描時(shí)間設(shè)置為50 ms；

掃描次數(shù)：5 次（考慮到部分周期信號(hào)（如存儲(chǔ)器信號(hào)）的脈沖周期，可增加掃描次數(shù)以準(zhǔn)確獲取不連續(xù)信號(hào)噪聲）；

檢波方式：峰值檢波（Peak）；

數(shù)據(jù)采樣方式：最大保持（Max hold）；

掃描方式：主要有X 方向和Y 方向，為方便分析不同方向?qū)鼒?chǎng)電磁輻射噪聲的影響，默認(rèn)在X 方向（水平）和Y 方向（垂直）分別進(jìn)行測(cè)試，X 軸、Y 軸步進(jìn)均為3 mm。

2）系統(tǒng)底噪

通過上述設(shè)置，系統(tǒng)底噪基本保持在-68 dBm左右，可以很好的分辨出SSD 對(duì)外輻射功率，如圖2。

圖2 系統(tǒng)底噪波形

3）設(shè)置距SSD 不同距離，采集輻射功率波形如圖3～8。

為了全面呈現(xiàn)測(cè)試區(qū)域內(nèi)各測(cè)試點(diǎn)的輻射強(qiáng)度及最大噪聲整體分布，將每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上最大噪聲強(qiáng)度通過2D、3D 圖形化方式直觀呈現(xiàn)，并且將測(cè)試區(qū)域內(nèi)的噪聲頻譜圖按照測(cè)試方向用不同方式呈現(xiàn)。

如圖3～8 所示意，該SSD 輻射功率基本在-25 ～-65 dBm 范圍內(nèi)，該SSD 樣品X 軸、Y軸均在63 MHz、50 MHz、500 MHz、650 MHz、700 MHz 有明顯尖峰，通過距離EUT 0.2 mm、0.5 mm、1 mm 三種不同間距的測(cè)試，在間距0.2 mm，能更好的呈現(xiàn)該SSD 不同頻點(diǎn)的峰值。

圖3 0.2 mm 間距-X 軸輻射值

圖4 0.2 mm 間距-Y 軸輻射值

圖5 0.5 mm 間距-X 軸輻射值

圖6 0.5 mm 間距-Y 軸輻射值

圖7 1 mm 間距-X 軸輻射值

圖8 1 mm 間距-Y 軸輻射值

4 結(jié)束語(yǔ)

從電磁兼容與射頻微波行業(yè)技術(shù)發(fā)展、演進(jìn)與應(yīng)用來(lái)看，芯片級(jí)的電磁輻射測(cè)試會(huì)成為當(dāng)前整機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)入認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)繼續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，相較于當(dāng)前手工測(cè)量分析的弊端，準(zhǔn)確性、一致性、高效率、自動(dòng)化、智能化得以保證，能更進(jìn)一步推動(dòng)高速存儲(chǔ)芯片應(yīng)用突破技術(shù)瓶頸，打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的束縛，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康高速發(fā)展。