筆記本電腦高速存儲芯片電磁輻射檢測

周 飚 胡劍文 姚 勝 魏 偉 阮 武 張志國

（1.合肥產品質量監督檢驗研究院/國家家用電器產品質量監督檢驗中心（安徽）/安徽省電子電氣產品電磁兼容測試分析中心 合肥 230088； 2.合肥聯寶信息技術有限公司 合肥 231100）

引言

目前針對筆記本產品高速存儲芯片的電磁輻射特性沒有評價方法和標準，導致產品設計和芯片應用中的電磁干擾問題無法提前識別和快速解決問題進行研究。將會在芯片級電磁輻射測量方法、測量系統、測量工具、評價標準等技術上形成突破，并輸出相應的研究和開發成果，最終為高速存儲芯片相關企業提供電磁輻射特性的測試測量、質量檢測、故障分析。從而確保在高速存儲芯片領域電磁技術方向上走在全國前列，保障存儲芯片的技術優勢。推動高速存儲芯片應用突破技術瓶頸，打破產業發展的束縛，支撐經濟社會健康高速發展。

1 國內近場輻射概況

國內近場輻射的研究方向以前期理論研究為主導，逐步轉變為技術應用推廣，以理論聯系實際，解決研發過程中電磁兼容方面突發的問題。國內近場輻射前期理論主要分四個階段進行研究。

第一階段：1950 ～1961年，以無探頭補償的近場測量理論和實驗為主；

第二階段：1961 ～1975年，以考慮探頭補償的近場測量理論為主；

第三階段：1965 ～1975年，以考慮探頭補償的近場測量理論的實踐驗證為主；

第四階段：1975 至今，以技術應用推廣為主。

無論是對于近場輻射測量還是近場散射測量，由于平面掃描的數據采集方式最為簡便，機械上便于實現，而且近遠場變換可以利用快速傅里葉變換作為高效計算，因此平面近場測量技術是近場測量技術中研究最早、應用最多的測量方法。近場測量技術的成功取決于三個領域上的進展：一是已經有了一套比較完整的平面變換理論；二是計算機的快速發展使得測量的自動控制以及精確有效的數值計算成為現實；三是有了能夠在大的動態范圍內精確測量微波信號福相的電子設備[1]。

2 檢測的目的、意義

隨著大數據、云計算等技術的進步和發展，5G 通信、人工智能在各行業的迅速普及和應用，人們日常生活工作和學習等各場景下每天產生的各類數據量也極具增長。數據也成為現在以及未來生活中最核心和有價值的資源。對于數據的處理、計算、保存等各環節，都離不開存儲芯片，高速存儲芯片由于其數據讀寫和處理速度快，也成為未來數據存儲主要方向。高速存儲芯片的工作頻率高，制程工藝小，其電磁輻射風險也越來越大。在產品設計過程中，高速存儲芯片的電磁輻射問題日趨嚴重，不僅影響產品的電磁兼容相關認證，也會對產品內各功能模塊產生電磁輻射干擾，從而導致性能功能的下降，影響產品的競爭力。

通過近場輻射方法檢測，可以為高速存儲芯片的開發、選型、應用提供統一的衡量手段，確保高速存儲芯片開發企業與應用企業之間協同配合，解決產品中高速存儲芯片的電磁輻射干擾問題具有重大的意義。《國家集成電路產業發展推進綱要》明確提出在 IC 設計、制造、封裝、測試等領域重點發展，構建競爭力產業鏈！高速存儲芯片作為集成電路產業中最為關鍵和應用廣泛的芯片，開展高速存儲芯片的電磁輻射特性評估研究是此類芯片在電磁技術方向上實現突破的關鍵技術。

3 試驗方案

試驗對象：筆記本SSD 高速存儲芯。

試驗對象運行狀態：連接電源并運行BurnInTestV9.0程式，CPU、2D Graphics、3D Graphics、Disk（選中SSD盤符）、Memory、Video Playback、GPGPU均設置為80 %狀。

試驗設備：自主研發近場輻射自動化測試系統（型號：ES67，測量范圍：10 MHz ～6 GHz，屏蔽效能：＞50 dB），接收機（型號：ESU，頻段：20 Hz ～26.5 GHz）。

測試原理：采用機械手操控電磁場近場探頭，全自動模式，并采用距DUT 不間距的表面選取區域掃描的功率值，獲取DUT 表面一定距離范圍內的電磁場噪聲強度，如圖1。

試驗步驟：

1）系統設置

BW：為兼顧測試準確度、分辨率以及測試效率，測試設置RBW 為：10 kHz，VBW 為：10 kHz，開啟10 dB衰減器，用于保護接收機；

掃描頻率：30 MHz ～1 GHz，頻段內采樣點：1 000 個，掃描時間設置為50 ms；

掃描次數：5 次（考慮到部分周期信號（如存儲器信號）的脈沖周期，可增加掃描次數以準確獲取不連續信號噪聲）；

檢波方式：峰值檢波（Peak）；

數據采樣方式：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對近場電磁輻射噪聲的影響，默認在X 方向（水平）和Y 方向（垂直）分別進行測試，X 軸、Y 軸步進均為3 mm。

2）系統底噪

通過上述設置，系統底噪基本保持在-68 dBm左右，可以很好的分辨出SSD 對外輻射功率，如圖2。

圖2 系統底噪波形

3）設置距SSD 不同距離，采集輻射功率波形如圖3～8。

為了全面呈現測試區域內各測試點的輻射強度及最大噪聲整體分布，將每個測試點上最大噪聲強度通過2D、3D 圖形化方式直觀呈現，并且將測試區域內的噪聲頻譜圖按照測試方向用不同方式呈現。

如圖3～8 所示意，該SSD 輻射功率基本在-25 ～-65 dBm 范圍內，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 三種不同間距的測試，在間距0.2 mm，能更好的呈現該SSD 不同頻點的峰值。

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 結束語

從電磁兼容與射頻微波行業技術發展、演進與應用來看，芯片級的電磁輻射測試會成為當前整機系統準入認證與標準檢測繼續發展的必然趨勢，相較于當前手工測量分析的弊端，準確性、一致性、高效率、自動化、智能化得以保證，能更進一步推動高速存儲芯片應用突破技術瓶頸，打破產業發展的束縛，支撐經濟社會健康高速發展。