可应用于集成电路的近场扫描系统关键技术研究

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随着科学技术的飞速发展,电子设备变得更加小型化、高频化和高密度,导致产品的电磁可靠性问题变得尤为严重。近场扫描技术在电路元件模块、印刷电路板和集成电路中定位电磁干扰(EMI)源位置和对电磁干扰评估的优势,使得近场扫描具有广阔的应用前景。现今近场扫描系统的探头普遍存在带宽不够,灵敏度较低以及空间分辨率较差的问题,而且目前大多数探头是探测与设备表面平行的磁场,能够测量垂直方向上的磁场的探头较少。针对这一现状,本文提出适应于高带宽集成电路近场扫描系统的可测量垂直方向磁场的探头,探头性能目标为1-10GHz带宽、空间分辨率达到1mm及以上和灵敏度-40d B S/m以上,以下是本文完成的工作:1.针对信号传输问题,结合探头设计思路,对信号线的走线方式、导线宽度跳变以及接地金属过孔结构进行电磁建模仿真分析,研究探头传输结构的优化方法。2.针对探头的带宽窄、灵敏度不高和空间分辨率低,以及垂直方向上磁场的测量问题,采用水平感应环路方法和低温共烧陶瓷(LTCC)工艺,研究并制作了可测量垂直方向上磁场的单环磁场探头和双环磁场探头,通过采用探头、微带线和矢量网络分析仪组成的测试平台,实际测试了探头的频率响应、空间分辨率和灵敏度。测试结果表明:信号带宽在0.1-1.5GHz时,单环探头空间分辨率为0.8-1mm,灵敏度为-35d B S/m@1GHz,-39d B S/m@1.5GHz,其空间分辨率达到预设目标,灵敏度接近预设目标。双环探头的测试结果表明:信号带宽在1-10GHz时,其空间分辨率为1-1.2mm,灵敏度在1GHz、5GHz和10GHz处都优于-40d B S/m,其带宽和灵敏度都达到预设目标。3.由于国际IEC61967标准中缺乏关于水平环路磁近场(测量垂直磁场)探头校准方法,本文在研究IEC61967相关标准,并以典型的微带线上方磁场作分析的基础上,提出了一种基于微带线横电磁场(准TEM)的水平环路磁近场探头校准方法,并做了验证。4.通过分析垂直方向上磁场的特点,可从探头测量结果中近似得到被测微带线的导线线宽,且探头与微带线距离越近就越接近实际线宽。该结果表明:通过探测垂直方向上磁场,可以弥补水平方向上磁场信息的不足,完善被测设备表面的磁场信息。5.仿真分析和实际测试了磁场探头和集成有源放大电路相结合的效果,结果表明:在保证空间分辨率和带内较小波动同时,探头传输增益在1-15 GHz提升了约15 d B。
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