Simulation de l’Emission et de l’Immunité des Systémes … · Obsolescence : Un changement de...

1MHz 5GHz

Simulation de l’Emission et de l’Immunitédes Systémes et des Modules Electroniques

Christian MAROTAvancement T0+24

Paris 11 Avril 2013

2MAROT ChristianParis, 11/04/2013

projet SEISME projet SEISME

Répond aux Besoins desEquipementiers et desSystémiers Electroniques

Projet Fédérateur des acteurs de la CEM des électroniquesembarquées

Retombées Normatives

Financement FUI / Régions


Acteurs Groupes Industriels

AIRBUS, EADS IW, GERAC CONTINENTAL, MEAS, RENAULT, VALEO

CST, SERMA, STUDELEC, NEXIO Plateforme EPEA

ESEO, IMS Bordeaux, IRSEEM, ONERA, SATIE, INSAT

Acteurs Industriels PME

Acteurs de la Formation et de la Recherche

projet SEISME projet SEISME - LES PARTENAIRESLES PARTENAIRES


Obsolescence : Un changement de composant sur une carte électronique lors d’une obsolescence.Les applications électroniques ont un cycle de vie qui est devenu long par rapport àcelui des semi-conducteurs.

Multi-sources : Un changement de fournisseur de composant. Pendant sa phase de production unéquipementier/systémier peut être amené à changer sa source d’approvisionnent pourdes raisons industrielles ou financières.

Evolution : Au cours de la vie série d’un système, il peut être nécessaire d’améliorer sonfonctionnement ou ses performances.

Réutilisation : Pendant sa phase de production, un équipement électronique peut être amené à êtreutilisé dans un autre système, avec des évolutions mineures de spécifications et deconception.

Validation CEM par MESURE

Etat actuel

Modification

Etat futur

Validation CEM par CALCUL

projet SEISME projet SEISME - ContexteContexte


projet SEISME projet SEISME - MODELISATION / SIMULATION CEMMODELISATION / SIMULATION CEM

Simulation CEM :

Reproduire par calcul le comportement CEM d’une carte etd’un équipement électronique

Vérifier que les exigences CEM du cahier des charges sontatteintes

A l'issue du projet SEISME, des méthodes vont êtredéfinies pour les analyses de la régression ou non desperformances CEM lors de modifications durant la vie séried'une carte, d'un équipement et d'un système électroniqueembarqué.

Ces méthodes seront à la fois des méthodes de mesureset des méthodes de simulation avec des modèles decomposants, de cartes, d'équipement, associés à desméthodes d'extraction

Approche boite noire : définir un modèle CEM de cartes (équipement) sansavoir les modèles des composants et du routage internes. Le design de la carten'est pas forcement disponible. Par contre, les mesures sont disponibles.

Approche boite blanche : définir un modèle CEM a partir de l'association desdifférents modèles des composants internes de la carte (équipement).


projet SEISME projet SEISME - OBJECTIFSOBJECTIFS

Objectif 1 : Développer le Prototypage VirtuelDéfinition d’outils, de modèles, de méthodes de test et de calcul pour l’analyse CEMlors d’une modification de composants ou d’équipements électroniques durant leur viesérie.

Objectif 2 : Renforcer le Test Virtuel Réduction du nombre de tests de requalification CEM d’un équipement et d’un système,

Réduction des délais et des coûts de ces essais CEM.

Objectif 3 : Proposer des Standards de modèles Création d’un projet unifié au sein des comités normatifs internationaux de la CEI(Comité Electrotechnique International) regroupant des propositions demodèles et de méthodes d’extraction Composants/Carte/Equipement électroniques.

REPONDRE à des besoins exprimés par les industriels de l’électronique embarquée :

Pour disposer de nouveaux processus pour traiter par simulation numérique la non régression des performances CEM, Pour réduire le nombre d’essais CEM.


projet SEISME projet SEISME - TRAVAUX PREVUSTRAVAUX PREVUS

WP 0 EADS IW France Management – Accord de Consortium, dissémination

WP 1 CONTINENTALTraitement des évolutions des composants pour la validation et la qualification CEM d'une carte électronique.

WP 2 IRSEEM / AIRBUSAnalyse des changements d’une ou plusieurs cartes pour la validation etla qualification CEM d'un équipement.

WP 3 EADS IWGestion des évolutions des modules de puissance pour la validation etla qualification CEM d'un équipement.

WP 4 GERACTraitement des modifications d’un équipement pour la validation etla qualification CEM d’un système électronique.

WP 5 EADS IW / INSATDéveloppement de méthodologies pour les modèles CEM,

émission et immunité.


EMISSIONS CONDUITES : EMISSIONS CONDUITES : xxEM-CExxEM-CE ICEM, EBEM, EQEM - RE-CEICIM, EBIM, EQIM – CI

IC=Integrated Circuit, EB=Electronic board, EQ=Equipment

Modèle est défini par 2 éléments PDN passive distribution network IA Internal Activity IB Immunity Behavioral

Modéle générique et universel Dépendance minimale du setup

VNA : S parameters Oscilloscope : measures in time domain Spectrum Analyser: measures in freq. Domain Near fiel Scan: mesure du champ EH proche

Définition d’un format générique, XML Outil de simulation, simulateur de circuit, SPICE Matlab,

methode 3D

Modélisation du setup d’ émissions CE et RE: IEC 61967,150Ω / 1Ω , TEM, DO160, CISPR25

Modélisation du setup immunité conduites IEC 62132 ,BCIDO160, ISO 11452

Méthode d’analyse de l’obsolescence

EMISSIONS RAYONNEES: EMISSIONS RAYONNEES: xxEMxxEM-RE-RE

x

y

z

r

φ

θ

IMMUNITE CONDUITE : IMMUNITE CONDUITE : xxIMxxIM-CI-CI

projet SEISME projet SEISME - xxEMxxEM & & xxIMxxIM


D1.1 Automobile

D1.1.µC CE/RE/CI/RI

D1.2 Avionique

(*) Démonstrateur disponible

D1.1 LIN(*) CI

D1.1 CAN CI

D1.1 HS CI

D1.1 RL CI

D1.1 Memory CI/RI/RE

D1.2.AOp CE/CI

D1.2. 1553 CI

D1.2. DC/DC RE/CE

D1.3 ARINC(*)

D1.4 DSPIC(*)

CI

CE/RE

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de testvecteurs de test


D2.1AI : Carte I/OAirbus

D2.1On : CarteOnera

D2.1 FdP CarteFond de Panier

Signaux externes:bus CAN, PWM…

Signaux externes: ANI, Arinc 429…

Signaux internes:bus SPI , Flags.

C2.1 Toron

Batterie 12V

D2.1 Ch Cartede chargespassives

Composition d’un équipement avioniquecomprenant une carte CPU et une carte interface.

Possibilité de monter un systèmecomprenant deux équipements (WP4).

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de testvecteurs de test


150kHz 108MHzFréquence (MHz)

-12

80 dBµV

0

projet SEISME projet SEISME - Modélisation / SimulationModélisation / Simulation

Parametres S Immunité Emissions


simulation immunité conduite type BCI (utiliser les modèles ICIM/EBIM des DGI et DGO)

Modèle 3D prêt en attente de complément info Setup et certains modèles composants

Schéma du modèle de test BCI sur carte D2AI complet

projet SEISME projet SEISME - Modélisation / SimulationModélisation / Simulation


• Mesure MC03 (Emissions conduites méthode en tension) – CONTINENTAL• Fréquence fondamentale (165KHz) et harmoniques• Niveau de la fondamentale: ~82dBµV / 12.6mV / 0.25mA 50Ω

• Modélisation et simulation sous Spice• Résultats satisfaisants en basses fréquences• Très éloignés > MHz• Hypothèses: Effet du package et influence du PCB

Etude en cours pour pouvoir conclure sur l’efficacité de lasimulation Spice

100kHz 108MHz10M1MFrequency (MHz) Ligne: Supply

-20

120 dBµV

0

90

60

30

0

110

80

50

20

-10

100

70

40

10

1803/04/2013 12:11CONT INENT AL Automotive SASQL T oulouse

Meas.Peak (Supply)

Meas.Avg (Supply)

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de test : DC/DCvecteurs de test : DC/DC


• Mesure EBEM-CE (Electronic Board Emission Model ) DO-160 – EADS• Carte modélisée sous forme de source de bruit conduit• Modèle de Norton (source de courant / Zint) ou un modèle de Thevenin(source de tension / Zint)

• Raies @ 165kHz + intermodulations (PWM)• Remontée du bruit de mode commun 1 à 10MHz• Prochaines étapes: insertion des mesures dans le

modèle

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de test : DC/DCvecteurs de test : DC/DC


PDN : Z11

IA

S12cable

S11Charge

S12PCB

S11PDN

RSIL

IA : 3 modes idle ,SPI , 100KHz

Intégration du modèle du régulateurExtraction du modèle des lignes du PCBDétermination du S12 du câbleMesure du PDN des charges

IDLE

SPI

100K

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de test : EBEM CEvecteurs de test : EBEM CE


BCI DPI

PDN : Z11

IB=Rst

• Mesure du PDN CAN et LIN• Extraction du modèle des lignes du PCB• Détermination du modèle d’injection• Mesure du PDN des charges

projet SEISME projet SEISME - vecteurs de test : EBIM CEvecteurs de test : EBIM CE


projet SEISME projet SEISME - status status à T0+24à T0+24

150kHz 108MHzFréquence (MHz)

-12

80 dBµV

0

Année 1 : définition des démonstrateursAnnée 2 : premières mesures et début de modèles

Modélisation ICEM, ICIM, EBEM, EBEM, EQEM, EQIM confirmée PDN passive distribution network IA Internal Activity IB Immunity Behavioral Paramètres linéaires

Méthode de mesures DPI, BCI, CE, NFS validéesSetup de mesure encore à améliorer pour une meilleure

répétabilité du testSonde RFIP sous dimensionnée pour une puissance >0dBmMauvaise indépendance du setup en BCIDéfinition du critère de susceptibilite pour les signaux de

communication, ARINC, CAN, LIN

Format XML des modèles CEM ConsensusCIML Conducted Immunity Markup LanguageHeader containing general informationDescription of the PDNDescription of the IB

IA / IBPDN


IA

S12cable

S11Charge

S12PCB

S11PDN

RSIL

projet SEISME projet SEISME - Avancement Travaux WP0-Avancement Travaux WP0-objectifobjectif T0+36T0+36

Année 3 : définition de la méthode pour l’analyse de l’obsolescence

POURSUIVRE le développement de la modélisation des composants, des cartes et deséquipementsModèles définis dans le domaine fréquentiel

AMÉLIORER la simulation AC à partir de fichier de mesures dans le domaine fréquentiel.DÉVELOPPER un script pour la simulation AC à partir d’un fichier de mesure

DURCIR la RFIP pour accepter au moins 40 dBm pour la mesure du courant et de latensionEXTRAPOLER à la modélisation des non-linéarités Développer un Writer Reader XML dans un langage de programmation universel, C,JAVA….

BCICE

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