Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

Zmiany poziomów emisji składowych pola EM dla pozostałych
projektów układów scalonych miały podobny charakter,
chociaż różniły się wartościami. Z porównania poziomów
emisji składowej E i składowej H badanych projektów układów
scalonych nie wynika wprost proporcjonalna zależność pomiędzy
liczbą bramek lub bloków funkcjonalnych, a wartością
poziomu generowanych zaburzeń nad badanymi punktami
obwodu aplikacyjnego.
Pomiary zaburzeń w dziedzinie częstotliwości
Rys. 4. Poziom emisji składowej E z układu wg projektu
comb_area w funkcji częstotliwości taktowania
Fig. 4. comb_area circuit E field disturbances as a funcion clock
frequency
Rys. 5. Poziom emisji składowej H z układu wg projektu
comb_area w funkcji częstotliwości taktowania
Fig. 5. comb_area circuit H field disturbances as a funcion clock
frequency
ścieżkę masy, zasilania i przez obudowę układu scalonego
dla projektu comb_area i seq_area w funkcji częstotliwości
zegara przedstawiono na rys. 4 i 5.
Ze wzrostem częstotliwości taktowania do około 30 MHz,
poziom emisji składowej E zmieniał się w niewielkim zakresie.
Największy poziom składowej E wystąpił nad ścieżką masy,
zaś najniższy nad środkiem obudowy układu scalonego. Wartości
poziomów emisji składowej E nad ścieżką masy i ścieżką
zasilania był około dwukrotnie większe niż nad środkiem obudowy
układu scalonego. Powyżej częstotliwości taktowania
30 MHz zaobserwowano wyraźny wzrost składowej E. Największą
wartość tej składowej zaobserwowano nad ścieżką
masy przy częstotliwości taktowania około 40 MHz, tj. mniejszej
o około 5 MHz od składowej E nad ścieżką zasilania i nad
środkiem obudowy układu scalonego. Na wykresie składowej
E nad ścieżką masy wystąpiło dodatkowo minimum lokalne
przy częstotliwości taktowania około 45 MHz, towarzyszące
maksimum emisji składowej E nad ścieżką zasilania i nad
środkiem obudowy układu scalonego.
Zmiany poziomu emisji składowej H (rys. 5) w funkcji częstotliwości
taktowania miały podobny charakter jak na rys. 4.
Najwyższą wartość tej składowej odnotowano nad ścieżką zasilania
przy częstotliwości taktowania około 45 MHz. Była ona
około dwukrotnie większa niż nad ścieżką masy i o około 15%
niż nad środkiem obudowy układu scalonego. W zakresie
częstotliwości taktowania 5…30 MHz obserwowano niewielki
wzrost składowej H nad badanymi punktami obwodu aplikacyjnego.
Największe wartości osiągała tu składowa H nad
ścieżką zasilania. Były one blisko dwukrotnie większe niż najmniejsze
wartości, występujące nad ścieżką masy.
Przy małych częstotliwościach taktowania liczba częstotliwości
harmonicznych, jak i ich amplitudy były relatywnie małe.
Pierwsze harmoniczne pojawiały się w paśmie 200…300 MHz
przy częstotliwości zegara około 1 MHz. Ze wzrostem częstotliwości
taktowania następował szybki wzrost liczby i amplitudy
harmonicznych oraz szerokości ich pasma. Już przy
częstotliwości taktowania 10 MHz obserwowano harmoniczne
w całym paśmie pracy analizatora widma tj. do 1 GHz. W górnej
części przedziału częstotliwości zegara tj. 40…50 MHz,
nieoczekiwanie następowało zauważalne zmniejszenie liczby
i amplitudy częstotliwości harmonicznych oraz zawężało się
również pasmo do około 450 MHz (rys. 6). W przypadku projektów
comb_no_io_speed i seq_no_io_speed powyższej prawidłowości
nie zaobserwowano. Wraz ze wzrostem częstotliwości
taktowania obserwowano ciągły wzrost liczby i amplitudy
harmocznicznych. Najwięcej harmonicznych było w paśmie
200…600 MHz nad ścieżką zasilania i w paśmie
100...500 MHz nad ścieżką masy.
Większą liczbę częstotliwości harmonicznych i o nieco
większych amplitudach obserwowano nad ścieżkami masy
i zasilania w przypadku projektów seq niż comb. Widmo o największych
amplitudach częstotliwości harmonicznych uzyskano
w projekcie seq_no_io_speed tj. projekcie mnożenia
sekwencyjnego o największej liczbie bloków logicznych. Najmniejszy
poziom emisji uzyskano w przypadku projektów o najmniejszej
liczbie bloków logicznych: seq_area i seq_speed.
Ponieważ źródłem generacji prądów w.cz. jest również
struktura półprzewodnikowa układu scalonego matrycy, wykonano
pomiary widma składowej pola EM emitowanego nad
środkiem obudowy układu scalonego matrycy. W widmie tym
liczba pików i ich amplitudy zwiększały się wraz ze wzrostem
częstotliwości taktowania do 30 MHz. Rozszerzało się rów-
a) b)
c)
Rys. 6. Widmo HF nad ścieżką zasilania dla projektu comb_area
circuit przy częstotliwościach taktowania: a) 1 MHz; b) 25 MHz;
c) 50 MHz (skala: 10 dB/działkę)
Fig. 6. comb_area circuit - spectrum of HF current in power supply
pin for the clock frequency: a) 1 MHz, b) 25 MHz, c) 50 MHz
(10 dB/division)
ELEKTRONIKA 11/2009 131