Trong những thập kỷ gần đây, ngành điện tử ô tô đã trải qua quá trình phát triển nhanh chóng hướng tới các chip đa chức năng cực kỳ phức tạp. Các IC Hệ thống Ô tô được gọi là có thể tích hợp nhiều bộ chuyển đổi DC/DC, lõi logic, bộ điều chỉnh tuyến tính, công tắc thông minh, giao diện cảm biến và bộ thu phát trên một đế duy nhất. Nếu các vấn đề về khả năng tương thích điện từ (EMC) được phát hiện muộn, các cuộc điều tra phức tạp và việc làm lại cần thiết có thể kéo dài đáng kể thời gian đưa ra thị trường. Hơn nữa, nếu EMC đã được cải thiện ở cấp độ chip, thì cần ít nỗ lực hơn để đạt được khả năng tương thích điện từ. Phương pháp luận được phát triển trong luận án này sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa dựa trên vật lý mới cho các gói IC và ký sinh nền. Hơn nữa, việc mô hình hóa độ tự cảm và tổn thất RF trong định tuyến công suất trên đế đã được cải tiến trong công nghệ BCD độc quyền. Các kỹ thuật mô hình hóa được trình bày đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác của mô phỏng EMC. Các yêu cầu đối với các mô hình gói IC để sử dụng trong mô phỏng EMC vượt xa những gì thường được sử dụng trong xác minh chức năng. Độ tự cảm vòng chốt tương hỗ nhỏ hơn độ tự cảm vòng chốt thông thường ba bậc độ lớn có thể gây ra tình trạng không tuân thủ các yêu cầu về EMC. Nghiên cứu sẽ chỉ ra rằng, nếu bỏ qua lớp chắn từ của mặt phẳng tiếp địa PCB, sai số trong phát xạ RF dự đoán của bộ chuyển đổi DC/DC có thể lên tới 19 dB. Phương pháp tiếp cận mới được trình bày có thể tính đến một số lượng lớn độ tự cảm vòng chốt tương hỗ nhỏ với độ chính xác cao. Trong luận án này, độ tự cảm cũng như tổn thất RF cảm ứng trong định tuyến nguồn sẽ được định lượng bằng thực nghiệm và tái tạo bằng phương pháp mô phỏng trường và trích xuất ký sinh. Trong các phần mở rộng tần số cao trong tương lai của thử nghiệm DPI, cộng hưởng nội, hệ số chất lượng của nó phụ thuộc vào tổn thất RF, có thể sẽ trở nên quan trọng hơn. Nghiên cứu đã chứng minh cách tổn thất dòng điện xoáy trong quá trình kim loại hóa có thể được khai thác để làm giảm các cộng hưởng này. Hơn nữa, trong luận án này, một công cụ trích xuất chất nền linh hoạt đã được phát triển. Nó được phân biệt bởi thực tế là ngữ nghĩa chính xác của mô hình trường là minh bạch và có sẵn cho người dùng

Abstract:

In the recent decades, automotive electronics has undergone a rapid evolution towards highly complex multifunction chips. So-called Automotive System ICs can integrate multiple DC/DC-converters, a logic core, linear regulators, smart switches, sensor interfaces and transceivers on a single die. If electromagnetic compatibility (EMC) issues are discovered late, the complex investigations and the required rework can significantly prolong the time-to-market. Moreover, if the EMC is already improved on the chip level, less effort is required to achieve electromagnetic compatibility. The methodology developed in this thesis employs novel physically-based modeling techniques for IC-package and substrate parasitics. Furthermore, the modeling of inductances and RF-losses in on-die power routing were advanced in a proprietary BCD-technology. The presented modeling techniques cope with the accuracy requirements of EMC-simulations. The requirements on IC-package models for the use in EMC-simulations go far beyond what is typically used in function verification. Mutual pin-loop inductances of three orders of magnitude below typical pin-inductances can already cause non-compliance with the EMC-requirements. It will be shown that, if magnetic shielding by the PCB-ground plane is neglected, errors in the predicted RF-emissions of the DC/DC-converter can be up to 19 dB. The presented novel approach can take a large number of small mutual pin-loop inductances into account at a high accuracy. In this thesis, the inductances as well as the inductive RF-losses in the power routing will be quantified experimentally and reproduced by means of field simulation and parasitic extraction. In futur