CEM des Circuits Intégrés

ENSEEIHT
Département Electronique et Génie Electrique par la voie de
l'Apprentissage
Octobre 2013
CEM des
Circuits
Intégrés
Bureau d’étude –
Développement d’un
modèle ICEM d’un
microcontrôleur
Alexandre Boyer, Etienne Sicard

2
I. Enoncé du projet
Le dsPIC 33F est un microcontrôleur 16 bits dédié à des applications de traitement de signal. Les
caractéristiques de ce composant sont données de l’annexe A. Ce composant va être utilisé pour
diverses applications embarquées. Afin d’assurer leur sûreté de fonctionnement, ce composant doit
présenter des niveaux d’émission électromagnétique réduits. Vos clients sont de plus en plus
demandeurs de modèles ICEM de circuits intégrés, leur permettant d’anticiper par simulation le
niveau d’émission conduite ou rayonnée de leur application (schéma du processus de simulation du
client utilisant ICEM) et de valider ou modifier la conception de leur application (placement-routage,
découplage, filtrage, choix de composants).
Votre mission est de développer un modèle ICEM du dsPIC 33F. Celui-ci doit être permettre une
simulation de l’émission conduite entre 1 MHz et 1 GHz. Ce modèle doit être un schéma électrique
compatible SPICE (WinSPICE).
Pour créer votre modèle, vous disposez d’un ensemble de mesures effectuées par votre laboratoire
CEM. L’annexe C fournit les détails de chaque mesure. Votre modèle doit valider les mesures
suivantes :
 Mesures d’impédance entre les broches d’alimentation du composant
 Mesures d’impédance du plan d’alimentation de la carte de test
 Mesures de courant (sonde 1 ohm) dans différents modes de fonctionnement
 Mesure de la forme temporelle du signal en sortie d’un pad d’I/O
Les logiciels IC-EMC et WinSPICE seront utilisés pour les différentes étapes de construction du
modèle. A l’issue du projet, on vous demande de :
 fournir les schématiques décrivant le modèle ICEM du composant
 fournir un rapport détaillant la construction des modèles, les validant et donnant leur
précision

3
II. Annexe A – Données sur le dsPIC 33F
Le dsPIC est un microcontrôleur 16 bits, dédié au traitement de signal. Il existe en différentes
versions de boîtier, celui que vous allez utiliser est monté dans un boîtier QFP 64 (version
dsPIC33FJ128GP706). Ce microcontrôleur embarque un grand nombre de périphériques, que nous ne
détaillerons pas ici. L’horloge système est limitée à 40 MHz. Dans notre application, celle-ci sera
produite par un oscillateur interne. La tension d’alimentation nominale du composant est de 3.3 V.
Celle-ci est fournie aux différents blocs par plusieurs paires d’alimentation :
 4 broches Vdd et 3 broches Vss dédiées à l’alimentation des pads d’I/O et des blocs digitaux
internes du microcontrôleur
 AVdd/AVss dédiée à l’alimentation des blocs analogiques
Brochage du circuit
Configuration du composant lors des mesures CEM
Lors des mesures CEM effectuées sur le composant, celui-ci était dans la configuration suivante :
 L’horloge système est fixée à 20 MHz, elle est produite par l’oscillateur et la PLL interne qui
fonctionne à 40 MHz.
 Le programme embarqué dans le microcontrôleur permet soit de n’activer aucun pad
d’entrée-sortie (activité minimale), soit activer un pad d’entrée-sortie (pad RB0), soit
d’activer simultanément 16 pads d’entrée-sortie (pads RB0 à RB15). La fréquence de
commutation des pads d’entrée-sortie est de 5.7 MHz.

4
Annexe B – Données sur le circuit imprimé
La carte de circuit imprimé construite pour réaliser les différentes mesures pour la construction du
modèle ICEM présente les dimensions suivantes : 100 × 100 mm (photo ci-dessous). Elle est
construite en FR4 6 couches. Ci-dessous, une description de l’empilement des 6 couches. Le dsPIC est
monté sur la face TOP de la carte.
Top layer (1)
Bottom layer (6)
Couches
Signaux
Type
Epaisseur
(mm)
Conductivité /
tangente de pertes
Constante
diélectrique
(1) – Top
Ground +
Signal
Cuivre
0.035
57 ×106 S / _
_
Diélectrique
FR4
0.21
_ / 0.02
4.5
(2)
Signal
Cuivre
0.018
57 ×106 S / _
_
Diélectrique
FR4
0.36
_ / 0.02
4.5
(3) - GND
Ground
Cuivre
0.018
57 ×106 S / _
_
Diélectrique
FR4
0.2
_ / 0.02
4.5
(4) POWER
Vdd_3.3V
Cuivre
0.018
57 ×106 S / _
_
Diélectrique
FR4
0.36
_ / 0.02
4.5
(5)
Signal
Cuivre
0.018
57 ×106 S / _
_
Diélectrique
FR4
0.21
_ / 0.02
4.5
(6) -
BOTTOM
Signal +
Ground
Cuivre
0.035
57 ×106 S / _
_
Schématique de la carte :
La figure ci-dessous détaille le schéma électrique de la carte de test sur laquelle est montée le dsPIC
33F et sont réalisées les essais CEM. Une mémoire externe SRAM est connectée au microcontrôleur.
Celle-ci n’est pas active lors des essais CEM. Tous ces pads d’I/O sont configurés en entrée et servent
de charge pour les pads d’I/O du microcontrôleur. La capacité d’entrée d’un pad d’I/O de la mémoire
est de 10 pF. Les pistes connectant les entrées des mémoires au sortie du microcontrôleur sont de

5
type ligne microruban, de largeur égale à 0.6 mm et placée à 0.6 mm du plan de masse. On pourra
supposer que la charge connectée à chaque pad de sortie du microcontrôleur est de l’ordre de 20 pF.
Lors des tests, l’alimentation 3.3 V a été directement fournie par le connecteur J1 qui permet l’accès
direct au plan d’alimentation Vdd_3.3V. Des mesures à l’analyseur de réseau pour caractériser
l’impédance de ce plan d’alimentation ont été effectuées depuis ce connecteur.
Quatre condensateurs céramiques de découplage de 100 nF sont montés entre les plans Vdd_3.3V et
le plan de masse GND. Elles sont de type X7R 50 V, tolérance de 10 %, montées en boîtier 0603. Le
fabricant donne une valeur de résistance série ESR de 70 mΩ et d’inductance série ESL de 1.5 nH.
Le connecteur J2 est placé en parallèle d’une résistance de 1 Ω, connectée à l’ensemble des broches
Vss du microcontrôleur. La tension à ses bornes est proportionnelle au courant sortant par les
broches Vss du dsPIC 33F et permet de caractériser l’émission conduite.
Microcontroller
dsPIC 33F
SRAM
Memory
Pad D0
J2 - dsPIC
1 Ωprobe
J1 - Direct access to
Vdd_3.3V plane