II.2. Mesure d’immunité rayonnée en champ proche
II.2.1. Description de la mesure d’immunité en champ proche
Il y a deux aspects fondamentaux en mesure d’immunité champ proche :
• Le premier aspect consiste en la recherche du seuil de susceptibilité pour chaque fréquence de mesure. C’est de cette façon que la mesure d’immunité est faite en injection directe de puissance [IEC06]. Le protocole de mesure est décrit à la Figure II–13. On recherche pour chaque fréquence, la puissance à partir de laquelle le résultat fourni par le circuit intégré sous test est considéré comme défaillant. La première difficulté de cette mesure est de définir la condition la mieux adaptée à notre mesure et au circuit sous test
• Le second aspect est la recherche d’une zone sensible. Cela correspond au déplacement de la sonde au-dessus du circuit intégré et pour chaque position de la sonde, on fait une recherche de seuil de susceptibilité. Cela signifie que la procédure décrite au paragraphe précédent est répétée autant de fois qu'il y a de points sur la cartographie de mesure à réaliser. Ce qui en fait une mesure longue à réaliser. Au final, nous obtenons un graphique comme celui présenté à la Figure II–13 avec la courbe de susceptibilité.
Fréquence Puissance Incidente F0 F1 F2 Pmin STOP! P=Pmax STOP! faute Pstep Seuil de susceptibilité reset reset STOP! faute Pmax
Figure II–13 : Principe de mesure d'immunité.
Lors de l’étude d’immunité champ proche d’un composant, il est nécessaire d’éclairer les points suivants :
• Pour une fréquence donnée, quelles sont les zones sensibles du circuit intégré ? C'est-à- dire une cartographie champ proche de l’immunité pour une fréquence fixe. Dans ce cas, le résultat de mesure correspond à une cartographie champ proche mais pour l’immunité du composant et non pas son émission. L’échelle des couleurs correspond à la puissance injectée ou au champ nécessaire pour générer une défaillance. A ce niveau, on n’a aucune information sur les autres fréquences d’agression (Figure II–14).
Puissance injectée Zones sensibles Circuit intégré sous test Pmin Pmax
Figure II–14 : Exemple de résultat d’une cartographie en champ proche d’immunité à une fréquence.
• Pour une zone donnée du circuit intégré, à quelles fréquences le circuit est-il sensible ? Et pour chacune des fréquences, quel est le seuil de susceptibilité ? A partir de quel niveau de puissance le circuit intégré est considéré comme sensible ? C'est-à-dire une recherche du seuil de susceptibilité comme décrit précédemment. Cette mesure ne donne pas d’information sur la susceptibilité de l’ensemble du composant, mais uniquement sur un point qui se trouve en dessous de la sonde. Le résultat de cette mesure correspond à une courbe de la puissance injectée en fonction de la fréquence (Figure II–15).
Fréquence F0 F1 F2 Pmin Pmax Puissance Incidente
Figure II–15 : Exemple de courbe du seuil de susceptibilité en champ proche en un point.
En somme, si l’on souhaite connaître dans son ensemble l’immunité rayonnée en champ d’un circuit intégré, il faut non seulement faire une cartographie de ce dernier, mais en plus, pour chaque position de la sonde, faire une recherche standard d’immunité. A moins de connaître avant la mesure les bandes de fréquences et les zones du circuit à investiguer. Cette mesure peut devenir très longue et délicate à interpréter.
Le temps total nécessaire pour cette mesure est estimé en multipliant la durée d’une mesure d’immunité champ proche par le nombre total de point nécessaire pour couvrir toute la surface du composant. Plus la sonde utilisée est ponctuelle, plus le temps de la mesure est grand. Sachant que pour chaque position de la sonde, la recherche du seuil de susceptibilité prend aussi beaucoup de temps. En effet, le temps mis dépend du pas de fréquence, c'est-à- dire du nombre de points en fréquence et du pas de puissance, à savoir le nombre de points nécessaires avant de détecter le seuil de susceptibilité ou le niveau maximal d'injection. La sonde magnétique généralement utilisée pour faire la mesure d’immunité en champ proche d’un composant est une boucle. Lorsqu’elle est de petite taille, elle est dite « ponctuelle ». Lorsqu’elle est de grande taille, on ne maîtrise pas précisément les lignes de champ.
Afin de réduire le temps nécessaire pour une mesure d’immunité en champ proche d’un composant, nous proposons de faire non plus une mesure d’immunité ponctuelle, mais une mesure d’immunité globale. Cette mesure permet de tracer la courbe du seuil de susceptibilité en champ proche de tout le circuit intégré. Elle ne permet donc pas de localiser les zones sensibles de ce circuit intégré, mais de faire une première investigation. Si par la suite, l’on souhaite localiser ces zones, il suffit de cartographier le circuit intégré avec une sonde ponctuelle aux fréquences sensibles. La Figure II–16 décrit les étapes d’une mesure d’immunité en champ proche lorsque l’on utilise une sonde qui rayonne le champ sur l’ensemble du circuit intégré.
Seuil de susceptibilité de tout le composant
Localisation des zones sensibles uniquement aux
fréquences sélectionnées Cartographie Courbe Seuil de susceptibilité d’une zone du composant Courbe
Agression globale Agression localisée Agression localisée Si nécessaire
Si nécessaire
Figure II–16 : Description des étapes de mesure d’immunité champ proche avec une agression globale.
La courbe obtenue en faisant une agression globale permet d’obtenir la somme des seuils de susceptibilité. Cette susceptibilité peut provenir d’un seul bloc, tout comme elle peut provenir de plusieurs blocs du circuit intégré. C’est la cartographie qui permettra de distinguer les zones entre elles. Il est important de noter que dans certains cas, la courbe obtenue avec une agression globale peut être suffisante. Et c’est seulement si cela est nécessaire que l’on peut s’intéresser aux deux autres étapes. En faisant une cartographie à des fréquences spécifiques et/ou en faisant une recherche du seuil de susceptibilité sur une zone spécifique. En somme, une seule mesure – équivalente à la recherche du seuil de susceptibilité en un point avec une sonde ponctuelle –suffit pour connaître l’immunité du composant. Cette mesure consiste à trouver le seuil de susceptibilité de tout le composant (non plus d’un point du composant) pour chacune des fréquences. Nous obtenons dans ce cas, une seule courbe d’immunité pour tout le circuit. En revanche, cette courbe ne donne aucune information sur la zone sensible du circuit, mais elle limite le champ d'investigation fréquentiel.
Pour cela, nous nous proposons de concevoir de nouvelles sondes. Le but de ces sondes est de produire du champ électrique ou magnétique constant sur une grande surface. La surface illuminée dépendant de la structure et des dimensions de la sonde. Il existe déjà des solutions qui permettent d’agresser un circuit intégré dans son intégralité :
• On peut citer la cellule TEM ou GTEM [IEC07]. La difficulté avec une cellule TEM est qu’elle impose une conception de carte de test spécifique 10 par 10 cm où le circuit intégré à agresser est isolé sur une face. De plus, l’agression dans une cellule TEM est rayonné champ lointain, tandis que nous proposons une agression en champ proche.
• On peut également citer le LIHA [LAMO05]. Cette sonde nécessite également la conception d’une carte de test spécifique car elle nécessite une connexion au plan de masse. De plus, elle n’est optimisée que pour l’agression en champ électrique et pour des fréquences supérieures à plusieurs centaines de Mégahertz. La méthode que nous proposons peut s’adapter à système électronique sans forcément nécessité de modifications préalables.
• Il y a plus récemment la IC-Stripline [KORB07] proposée par Körber. Cette fois encore, la conception d’une carte de test est nécessaire. Les spécifications de la carte de test sont bien entendu les mêmes que pour une cellule TEM.
Avant de décrire les sondes que nous proposons, il est important de s’intéresser à la sonde couramment utilisée afin d’en conserver les qualités et si possible, de les améliorer.