笔记本电脑高速存储芯片电磁辐射检测

周 飚 胡剑文 姚 胜 魏 伟 阮 武 张志国

（1.合肥产品质量监督检验研究院/国家家用电器产品质量监督检验中心（安徽）/安徽省电子电气产品电磁兼容测试分析中心 合肥 230088； 2.合肥联宝信息技术有限公司 合肥 231100）

引言

目前针对笔记本产品高速存储芯片的电磁辐射特性没有评价方法和标准，导致产品设计和芯片应用中的电磁干扰问题无法提前识别和快速解决问题进行研究。将会在芯片级电磁辐射测量方法、测量系统、测量工具、评价标准等技术上形成突破，并输出相应的研究和开发成果，最终为高速存储芯片相关企业提供电磁辐射特性的测试测量、质量检测、故障分析。从而确保在高速存储芯片领域电磁技术方向上走在全国前列，保障存储芯片的技术优势。推动高速存储芯片应用突破技术瓶颈，打破产业发展的束缚，支撑经济社会健康高速发展。

1 国内近场辐射概况

国内近场辐射的研究方向以前期理论研究为主导，逐步转变为技术应用推广，以理论联系实际，解决研发过程中电磁兼容方面突发的问题。国内近场辐射前期理论主要分四个阶段进行研究。

第一阶段：1950 ～1961年，以无探头补偿的近场测量理论和实验为主；

第二阶段：1961 ～1975年，以考虑探头补偿的近场测量理论为主；

第三阶段：1965 ～1975年，以考虑探头补偿的近场测量理论的实践验证为主；

第四阶段：1975 至今，以技术应用推广为主。

无论是对于近场辐射测量还是近场散射测量，由于平面扫描的数据采集方式最为简便，机械上便于实现，而且近远场变换可以利用快速傅里叶变换作为高效计算，因此平面近场测量技术是近场测量技术中研究最早、应用最多的测量方法。近场测量技术的成功取决于三个领域上的进展：一是已经有了一套比较完整的平面变换理论；二是计算机的快速发展使得测量的自动控制以及精确有效的数值计算成为现实；三是有了能够在大的动态范围内精确测量微波信号福相的电子设备[1]。

2 检测的目的、意义

随着大数据、云计算等技术的进步和发展，5G 通信、人工智能在各行业的迅速普及和应用，人们日常生活工作和学习等各场景下每天产生的各类数据量也极具增长。数据也成为现在以及未来生活中最核心和有价值的资源。对于数据的处理、计算、保存等各环节，都离不开存储芯片，高速存储芯片由于其数据读写和处理速度快，也成为未来数据存储主要方向。高速存储芯片的工作频率高，制程工艺小，其电磁辐射风险也越来越大。在产品设计过程中，高速存储芯片的电磁辐射问题日趋严重，不仅影响产品的电磁兼容相关认证，也会对产品内各功能模块产生电磁辐射干扰，从而导致性能功能的下降，影响产品的竞争力。

通过近场辐射方法检测，可以为高速存储芯片的开发、选型、应用提供统一的衡量手段，确保高速存储芯片开发企业与应用企业之间协同配合，解决产品中高速存储芯片的电磁辐射干扰问题具有重大的意义。《国家集成电路产业发展推进纲要》明确提出在 IC 设计、制造、封装、测试等领域重点发展，构建竞争力产业链！高速存储芯片作为集成电路产业中最为关键和应用广泛的芯片，开展高速存储芯片的电磁辐射特性评估研究是此类芯片在电磁技术方向上实现突破的关键技术。

3 试验方案

试验对象：笔记本SSD 高速存储芯。

试验对象运行状态：连接电源并运行BurnInTestV9.0程式，CPU、2D Graphics、3D Graphics、Disk（选中SSD盘符）、Memory、Video Playback、GPGPU均设置为80 %状。

试验设备：自主研发近场辐射自动化测试系统（型号：ES67，测量范围：10 MHz ～6 GHz，屏蔽效能：＞50 dB），接收机（型号：ESU，频段：20 Hz ～26.5 GHz）。

测试原理：采用机械手操控电磁场近场探头，全自动模式，并采用距DUT 不间距的表面选取区域扫描的功率值，获取DUT 表面一定距离范围内的电磁场噪声强度，如图1。

试验步骤：

1）系统设置

BW：为兼顾测试准确度、分辨率以及测试效率，测试设置RBW 为：10 kHz，VBW 为：10 kHz，开启10 dB衰减器，用于保护接收机；

扫描频率：30 MHz ～1 GHz，频段内采样点：1 000 个，扫描时间设置为50 ms；

扫描次数：5 次（考虑到部分周期信号（如存储器信号）的脉冲周期，可增加扫描次数以准确获取不连续信号噪声）；

检波方式：峰值检波（Peak）；

数据采样方式：最大保持（Max hold）；

扫描方式：主要有X 方向和Y 方向，为方便分析不同方向对近场电磁辐射噪声的影响，默认在X 方向（水平）和Y 方向（垂直）分别进行测试，X 轴、Y 轴步进均为3 mm。

2）系统底噪

通过上述设置，系统底噪基本保持在-68 dBm左右，可以很好的分辨出SSD 对外辐射功率，如图2。

图2 系统底噪波形

3）设置距SSD 不同距离，采集辐射功率波形如图3～8。

为了全面呈现测试区域内各测试点的辐射强度及最大噪声整体分布，将每个测试点上最大噪声强度通过2D、3D 图形化方式直观呈现，并且将测试区域内的噪声频谱图按照测试方向用不同方式呈现。

如图3～8 所示意，该SSD 辐射功率基本在-25 ～-65 dBm 范围内，该SSD 样品X 轴、Y轴均在63 MHz、50 MHz、500 MHz、650 MHz、700 MHz 有明显尖峰，通过距离EUT 0.2 mm、0.5 mm、1 mm 三种不同间距的测试，在间距0.2 mm，能更好的呈现该SSD 不同频点的峰值。

图3 0.2 mm 间距-X 轴辐射值

图4 0.2 mm 间距-Y 轴辐射值

图5 0.5 mm 间距-X 轴辐射值

图6 0.5 mm 间距-Y 轴辐射值

图7 1 mm 间距-X 轴辐射值

图8 1 mm 间距-Y 轴辐射值

4 结束语

从电磁兼容与射频微波行业技术发展、演进与应用来看，芯片级的电磁辐射测试会成为当前整机系统准入认证与标准检测继续发展的必然趋势，相较于当前手工测量分析的弊端，准确性、一致性、高效率、自动化、智能化得以保证，能更进一步推动高速存储芯片应用突破技术瓶颈，打破产业发展的束缚，支撑经济社会健康高速发展。