基于模型开发（MBD）技术在设计早期阶段解决电磁兼容性（EMC）问题

东芝现已建立一种基于模型的开发（MBD）技术，能够在车载IC的电路设计阶段高精度预测电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS）特性。
该技术可将以往在开发后期才被发现的EMC相关问题提前到设计阶段初期加以解决，从而显著降低重新设计风险。

汽车行业正经历重大变革。随着分区体系结构推动电子控制单元（ECU）集成化，因EMI影响其他ECU而导致误动作的风险，以及IC电路内部因EMS而引发故障的风险都在上升。
为了确保自动驾驶系统的安全，通信IC等车载半导体器件必须具备较强的EMC鲁棒性。因此，对由EMI／EMS引起的误动作的耐受能力变得比以往更加重要。
同时，市场对缩短开发周期的要求不断提高，基于仿真的验证变得不可或缺。
在这一背景下，东芝着力开发和提供高精度车载半导体器件模型，并强化基于MBD的验证技术。
除电路仿真外，这些技术还支持：

• 结合执行器模型的机电耦合分析
• 瞬态热分析
• EMI／EMS分析

在EMI和EMS分析中，东芝使用一款车载通信IC（TB9032FNG）开发了高精度模型。
在IC开发过程中存在一种权衡关系：若为降低EMI而使驱动电路输出波形变得平滑，则难以满足通信标准（ISO 20794）规定的AC特性。
通过利用高精度仿真，东芝对这种权衡关系进行了优化。
具体应用了以下技术：

• 对总线波形上升沿和下降沿的摆率控制
• 倒角磨圆控制（图1（1）至（3））

通过使总线波形中的锐变区域变得平滑，EMI特性（150Ω法）改善了5至15dBµV。
此外，倒角磨圆控制还可抑制向主要（低电平）状态转换时由欠冲（接地反弹）引起的开关噪声。
可在电路设计阶段通过仿真评估这些措施对EMI特性的影响。如图2（绿线）所示，通过总线波形控制可以确认噪声频谱降低。

此外，还使用通过该验证流程开发的实际TB9032FNG样品进行了EMI（150Ω法）测量。
图2对测量结果与仿真结果进行了比较，两者表现出高度一致性，证实了该模型具有较高的预测精度。
由此，可在设计阶段定量预测EMI降低效果，并对噪声抑制措施进行优化。

在电路设计阶段进行仿真对EMS同样有效。
在半导体评估过程中，当施加如直接功率注入（DPI）法所使用的外部噪声时，可能导致内部半导体器件和电路发生误动作。
为防止此类问题，必须在电路设计阶段验证IC的鲁棒性。
通过以下分析进行验证：

• 寄生晶体管的敏感性
•  器件之间的空间关系

同时通过仿真确认不存在问题。
如图3所示，也确认了DPI法的仿真结果与测量结果之间存在很强的相关性。

通过TB9032FNG的案例研究，东芝利用MBD确认了EMI和EMS的仿真结果与测量结果之间均具有很强的相关性。
通过使用高精度IC模型，可将仿真扩展到包括周边无源元器件和印刷电路板，从而实现系统级验证。
在传统车载系统开发中，EMC评估通常在后期阶段（即最终零部件就绪之后）才进行，一旦发现问题往往导致重新设计。
东芝的方法可显著降低这种风险并缩短开发周期。
东芝将勇往直前，继续通过提供符合行业需求的半导体器件模型，以及交付适用于下一代体系结构的解决方案，为提高汽车系统的可靠性和缩短开发时间做出贡献。

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