Обзор современных средств защиты интегральных схем от кондуктивных электромагнитных помех

DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-7-19

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Актуальность. Снижение питающих напряжений и рост тактовых частот современных интегральных схем повышают их уязвимость к кондуктивным электромагнитным помехам, что делает задачу эффективной защиты критически важной для обеспечения надёжности электронных систем. Цель исследования. Систематизация и сравнительный анализ современных средств защиты интегральных схем от кондуктивных электромагнитных помех с выявлением наиболее перспективных направлений их развития. Методы. Сравнительный анализ опубликованных технических решений, классификация по принципу действия, типу компонентов и уровню интеграции, а также сравнение характеристик рассматриваемых устройств. Научная новизна. Предложена классификация средств защиты интегральных схем от электромагнитных помех, охватывающая принцип действия, тип компонентов и уровень интеграции одновременно. Результаты. Установлено, что пассивные фильтры обеспечивают высокую надёжность, однако ограничены на высоких частотах и в условиях миниатюризации; активные фильтры обладают адаптивностью, но уязвимы к мощным воздействиям и требуют дополнительного энергопотребления; гибридные решения представляют наиболее сбалансированный подход, сочетая широкополосность и адаптивность при приемлемой устойчивости к внешним воздействиям. Практическая значимость. Результаты работы могут применяться при проектировании помехозащищённых интегральных схем для телекоммуникационного оборудования, систем радиосвязи, авиакосмической и военной электроники, а также служить основой для выбора архитектуры фильтра на этапе схемотехнического проектирования.

Ключевые слова: пассивные фильтры, электромагнитная помеха, электромагнитная совместимость активные фильтры, гибридные фильтры, интегральная схема, помехозащита

Библиография статьи:
Власов С. В. Обзор современных средств защиты интегральных схем от кондуктивных электромагнитных помех / С. В. Власов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 1. – С. 7–19. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-7-19

Авторы и правообладатели:

  • Власов С. В. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Три возможных механизма возникновения отказов электронных устройств в результате электромагнитного воздействия / Л.Н. Здухов, Ю.В. Парфенов, О.А. Тарасов, В.М. Чепелев // Технологии электромагнитной совмести-мости. – 2018. – № 2. – С. 22–34.
  • 2. Design of low-voltage CMOS amplifier with high EMI immunity / H. Bai, H. Li, S. Xie, D. Su // 2014 IEEE In-ternational Conference on Electron Devices and Solid-State Circuits. – IEEE, 2014. – P. 1–2.
  • 3. Deutschmann B. Impact of electromagnetic interfer-ence on the functional safety of smart power devices for auto-motive applications / B. Deutschmann, G. Winkler, P. Kastner // e & i Elektrotechnik und Informationstechnik. – 2018. – Vol. 135, No. 4. – P. 352–359.
  • 4. Hong C. Signal integrity research of high-speed inter-connection systems based on scattering parameters / C. Hong, Z. Li, W. Guan, L. Liang // Scientific Reports. – 2025. – Vol. 15, No. 1. – P. 23096.
  • 5. Гизатуллин З.М. Прогнозирование помех электро-статического разряда в электронном устройстве с исполь-зованием искусственной нейронной сети / З.М. Гизатуллин, Р.Р. Мубараков // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 8 [Электронный ресурс]. – URL: https://jre.cplire.ru/jre/aug24/ index.html (дата обращения: 12.01.2025).
  • 6. Chen J. Switching transient traced scheme based on sinusoidal waveform to reduce EMI for IGBTs / J. Chen, D. Jiang, W. Sun // 2021 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). – Vancouver, Canada: IEEE, 2021. – P. 3550–3554.
  • 7. Nag A. Remote measurements of currents in cloud lightning discharges / A. Nag, V.A. Rakov, J.A. Cramer // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2010. – Vol. 53, No. 2. – P. 407–413.
  • 8. Разумов А.А. Исследование влияния преднамерен-ных электромагнитных импульсов на процесс передачи данных сети Wi-Fi (IEEE 802.11 ас) // Электросвязь. – 2017. – № 9. – С. 67–73.
  • 9. JESD22-A114F. Electrostatic Discharge (ESD) Sensi-tivity Testing Human Body Model (HBM). JEDEC Solid State Technology Association [Электронный ресурс]. – Arlington, VA, 2008. – URL: https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd-22-a114f (дата обращения: 12.02.2025).
  • 10. ГОСТ IEC 61000-4-4–2016. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Ч. 4-4. Методы испытаний и изме-рений. Испытание на устойчивость к электрическим быст-рым переходным процессам (пачкам). – М.: Стандартин-форм, 2017. – 39 с.
  • 11. ГОСТ IEC 61000-4-5–2017. Электромагнитная со-вместимость (ЭМС). Ч. 4-5. Методы испытаний и измере-ний. Испытание на устойчивость к выбросу напряжения. – М.: Стандартинформ, 2018. – 66 с.
  • 12. Requirements for the control of electromagnetic inter-ference characteristics of subsystems and equipment, MIL-STD-461G. DoD interface standard [Электронный ресурс]. – URL: https://www.wll.com/wp-content/uploads/MIL-STD-461G.pdf (дата обращения: 04.02.2025).
  • 13. Electromagnetic Environmental Effects Requirements for Systems, MIL-STD-464C. DoD standard [Электронный ресурс]. – URL: https://www.emctestlab.ru/upload/ iblock/168/lqkzq7zgnf8wtlrqpshfr8fs3v0qt4ol.pdf?ysclid= mp22s4ehj1304020189 (дата обращения: 04.02.2025).
  • 14. Electromagnetic compatibility (EMC). Part 4-36: Test-ing and measurement techniques – IEMI immunity test methods for equipment and systems. IEC 61000-4-36 [Электронный ресурс]. – URL: https://webstore.iec.ch/en/ publication/6007 (дата обращения: 04.02.2025).
  • 15. Strong electromagnetic interference and protection in UAVs / Z. Zhang, Y. Zhou, Y. Zhang, B. Qian // Electronics. – 2024. – Vol. 13, No. 2. – P. 393.
  • 16. Shirai R. Failure protection method for CAN com-munication against EMI noise generated by switched-mode power supplies / R. Shirai, K. Wada, T. Shimizu // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. – 2021. – Vol. 9, No. 5. – P. 6152–6160.
  • 17. Лакоза А.М. Обзор современных устройств филь-трации и защиты от кондуктивных электромагнитных по-мех в радиоэлектронных системах // Доклады ТУСУР. – 2024. – Т. 27, № 4. – С. 31–46.
  • 18. Рахманов П.А. Наноэлектроника: миниатюриза-ция и инновации / П.А. Рахманов, С.Б. Джепбаров, М.Р. Гуртов // Вестник науки. – 2024. – Т. 4, № 5 (74). – С. 1648–1651.
  • 19. An ultra-compact on-chip reconfigurable bandpass filter with semi-lumped topology by using GaAs pHEMT tech-nology / H.R. Zhu, X.Y. Ning, Z.X. Huang, X.L. Wu // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – P. 31606–31613.
  • 20. CMOS-based UWB bandpass filter with in-band in-terference cancellation / A.A. Saadi, M.C.E. Yagoub, R. Tou-hami, A. Slimane, A. Taibi, M.T. Belaroussi // 2015 9th Interna-tional Conference on Application of Information and Communi-cation Technologies (AICT). – IEEE, 2015. – P. 458–460.
  • 21. K-/Ka-/Q-Band Switched Filter Bank with Wideband Low-Loss SP4T Switch in 0.1 μm GaAs pHEMT Technology / Z. Chen, X. Ma, S. Li, Y. Zou, Y. Guo, P. Wang // IEEE Mi-crowave and Wireless Technology Letters. – 2025. – Vol. 35, No. 10. – Р. 1490–1493.
  • 22. Reconfigurable Comb-line Filters with 8–10.4 GHz Center Frequency by Using GaAs pHEMT Technology / L. Liao, L. Xu, P.L. Chi, T. Yang // 2023 Asia-Pacific Micro-wave Conference (APMC). – IEEE, 2023. – P. 658–660.
  • 23. A Novel Compact On-Chip Millimeter-Wave Band-Pass Filter with GaAs pHEMT Technology / W.T. Wang, H.R. Zhu, Y.F. Sun, Z.X. Huang, X.L. Wu // 2021 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). – IEEE, 2021. – P. 1–3.
  • 24. Sheen J. Ku-band bandpass filter design with com-pact size and broad stopband by pHEMT process / J. Sheen, Y.H. Cheng, W. Liu // 2019 Photonics and Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS-Spring). – IEEE, 2019. – P. 1022–1026.
  • 25. Ray A. Design and Analysis of a CMOS Moore Fractal MOM Capacitor with an pplication to an RF Active Image Reject Filter / A. Ray, A. De, T. K. Bhattacharyya // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2021. – Vol. 69, No. 2. – P. 704–710.
  • 26. Packaged Millimeter-Wave On-Chip Bandpass Filter Using SHMSIW and Microstrip Hybrid Structure in 0.25-μm GaAs pHEMT Technology / X. Zhou, G. Zhang, K. W. Tam, S. Chen, Z. Zhang, X. Fu // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 14, No. 8. – P. 1454–1460.
  • 27. Microwave on-chip bandpass filter based on hybrid coupling technique / M. Li, Y. Yang, K. Da Xu, X. Zhu, S.W. Wong // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2018. – Vol. 65, No. 12. – P. 5453–5459.
  • 28. Modeling and Experimental Study of Non-Reflective Microwave Filters / G.A. Malyutin, T.T. Thanh, T.A. Chepko, A.A. Arutyunyan // 2024 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED). Sochi. – 2024. – P. 1–4. DOI: 10.1109/SED63331.2024.10741057
  • 29. Арутюнян А.А. Моделирование и эксперимен-тальное исследование фильтра неотражающего типа на ос-нове полосковой трехпроводной связанной линии // Докла-ды ТУСУР. – 2025. – Т. 28, № 2. – С. 55–61.
  • 30. Лощилов А.Г. Уменьшение возвратных потерь и подавление внеполосных колебаний в межкаскадных со-единениях систем связи с помощью неотражающих частот-но-селективных цепей СВЧ / А.Г. Лощилов, Н.Д. Малютин, Чинь То Тхань, Г.А. Малютин // Системы управления, связи и безопасности. – 2024. – № 4. – С. 72–94.
  • 31. Чинь Т.Т. Модели и конструкции неотражающих фильтров СВЧ на основе связанных полосковых линий и сосредоточенных RLC-элементов: дис. … канд. техн. наук. – Томск, 2024. – 156 с.
  • 32. Peng Z. Stripline Directional Coupler for Immunity Injection in Integrated Circuits / Z. Peng, B. Li // 2020 Interna-tional Conference on Microwave and Millimeter Wave Technol-ogy (ICMMT). – IEEE, 2020. – P. 1–3.
  • 33. Compact and Slow-Wave Tunable 28 nm CMOS-SOI Twisted Hybrid Couplers for 5G Applications / G. Diverrez, E. Kerhervé, M. De Matos, A. Cathelin // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2024. – Vol. 72, № 4. – P. 2486–2497
  • 34. Advances and Perspectives in Magnetic-Integrated Inductors for RF ICs / W. Hao, X. Li, Z. Pan, R. Miao, Z. Yue, C. Yang, A.Z. Wang // IEEE Transactions on Materials for Elec-tron Devices. – 2024. – Vol. 1. – P. 106–120.
  • 35. Метаструктуры на основе полимерных компози-ционных материалов и их свойства в СВЧ-диапазоне (об-зор) / А.С. Марковский, А.Г. Любимов, А.Ф. Петрушеня, О.М. Касперович, Л.А. Ленартович // Труды БГТУ. – Сер. 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. – 2024. – № 2 (283). – С. 122–135.
  • 36. Design of dual-band polarization controllable met-amaterial absorber at terahertz frequency / B.X. Wang, Y. He, N. Xu, X. Wang, Y. Wang, J. Cao // Results in Physics. – 2020. – Vol. 17. – P. 103077.
  • 37. A miniaturized perfect metamaterial absorber for EMI radiation suppression / Y. Li, Y. Wu, D. Li, M. Zhu, Y. Qiu, G. Yu, E. Li // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibil-ity. – 2024. – Vol. 66, No. 3. – P. 776–786.
  • 38. Analysis of electromagnetic shielding of IC package with thin absorbing material coating inside in two different configurations / W. Xiong, M. Jiang, M. Zhu, B. Zhu, J. Lu // 2018 IEEE International Symposium on Electromagnetic Com-patibility and 2018 IEEE Asia-Pacific Symposium on Electro-magnetic Compatibility (EMC/APEMC). – IEEE, 2018. – P. 1216–1221.
  • 39. Kurien C.E. Modelling and implementation of an ac-tive EMI filter for conducted EMI noise reduction / C.E. Ku-rien, T.K. Sindhu, D.E. Koshy // 2021 IEEE 5th International Conference on Condition Assessment Techniques in Electrical Systems (CATCON). – IEEE, 2021. – P. 205–210.
  • 40. Shen Y. S. Transient voltage suppressor (TVS) on signal integrity of microelectronics system with CMOS ICs under system-level ESD test / Y.S. Shen, M.D. Ker, H.C. Jiang // 2020 IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits (IPFA). – IEEE, 2020. – P. 1–4.
  • 41. PWM Inverter Based Active Filter for High Frequen-cy AC Systems in Space Applications / M.T. Rana, S. Ma-zumder, S. Chakraborty, M.V. Salapaka, K. Basu // 2024 IEEE International Communications Energy Conference (INTELEC). – IEEE, 2024. – P. 1–6.
  • 42. Performance of Series Active Power Filter (SAPF) Using ANN Controller for Eliminate Disturbance of Voltage Sag / A.F. Abidin, F.S.A.L. Hamidi, M.A.M. Ayub, M.Y.M. Zain, N. Aminudin // 2022 IEEE International Conference in Power Engineering Application (ICPEA). – IEEE, 2022. – P. 1–5.
  • 43. Tien D.V. Analysis and Simulation of Active Filter in Distribution Network with Nonlinear and Asymmetrical Load / D.V. Tien, T.B. Trung, N. Van Pham // 2023 12th International Conference on Control, Automation and Information Sciences (ICCAIS). – IEEE, 2023. – P. 322–327.
  • 44. Gadelkarim A.G. A 3.5 mW mm-Wave Low-Noise Active Bandpass Filter Employing an All-Passive Interferer-Cancellation Feedforward Path / A.G. Gadelkarim, P. Mercier // 2025 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC). – IEEE, 2025. – Vol. 68. – P. 1–3.
  • 45. Song P. Mm-wave mixer-first receiver with selective passive wideband low-pass filtering / P. Song, H. Hashemi // IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 2021. – Vol. 56, No. 5. – P. 1454–1463.
  • 46. Wang Y. A 3rd/5th Order Active RC Chebyshev Ana-log Baseband Low-Pass Filter with Reconfigurable Bandwidth and Gain / Y. Wang, B. Wu, H. Huang // IEEE Access. – 2021. – Vol. 9. – P. 129319–129328.
  • 47. Gadelkarim A.G. A 18.2 mW Subsampling mm-Wave Receiver Employing a Subtractive Anti-Aliasing Active Band-stop Filter at 23 GHz / A.G. Gadelkarim, P.P. Mercier // 2024 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC). – IEEE, 2024. – P. 1–2.
  • 48. Srivastava G. A 16–20 GHz Mixer First Receiver Ar-chitecture with Active Inductor-Based Low-Pass Elliptic Filter with High OOB-IIP3 in 180 nm CMOS / G. Srivastava, D. Bhatt // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2025. – Vol. 72, No. 3. – Р. 1152–1164.
  • 49. A Bandpass Power Amplifier Applying Transformer-Based Filtering Combiner in 0.5-μm GaAs pHEMT / J. Li, Y. Zhang, K. Ma, Z. Ma, H. Fu // IEEE Microwave and Wire-less Technology Letters. – 2023. – Vol. 33, No. 7. – P. 1023–1026.
  • 50. Gannedahl R. Active and passive integrated filters for multi-GHz 6G baseband applications / R. Gannedahl, H. Sjöland // 2023 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC). – IEEE, 2023. – P. 524–526.
  • 51. An inductor-less all-passive higher-order N-path filter based on rotary clocking in N-path filters / M. Khorshidian, S.L.N. Garimella, A. Nagulu, H. Krishnaswamy // 2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium-IMS 2022. – IEEE, 2022. – P. 241–244.
  • 52. Talluri G.R. A 4–14 Gbps inductor-less adaptive line-ar equalizer using hybrid filter in 65 nm CMOS technology / G.R. Talluri, K.K. Rakesh, M.S. Baghini // Sixteenth Interna-tional Symposium on Quality Electronic Design. – IEEE, 2015. – P. 90–97.
  • 53. Rahane S.B. OTA-C filters for biomedical signal pro-cessing applications using hybrid CMOS-CNFET technology / S.B. Rahane, A.K. Kureshi, G.K. Kharate // 2018 International Conference on Intelligent and Innovative Computing Applica-tions (ICONIC). – IEEE, 2018. – P. 1–5.
  • 54. Design Tradeoffs for a CT-ΔΣ ADC with Hybrid Ac-tive-Passive Filter and FIR DAC in 40-nm CMOS / A. Mukhe-rjee, X. Tang, C.K. Hsu, N. Sun // IEEE Solid-State Circuits Letters. – 2020. – Vol. 3. – P. 214–217.
  • 55. Lin Z. A 2.4-GHz ZigBee receiver exploiting an RF-to-BB-current-reuse Blixer+ hybrid filter topology in 65-nm CMOS / Z. Lin, P.I. Mak, R.P. Martins // Ultra-Low-Power and Ultra-Low-Cost Short-Range Wireless Receivers in Nanoscale CMOS. – Cham: Springer International Publishing, 2015. – P. 33–55.
  • 56. Lee C.C. A low-power miniature 20 Gb/s pas-sive/active hybrid equalizer in 90 nm CMOS / C.C. Lee, H.C. Hsieh, S.S.H. Hsu // IEEE Microwave and Wireless Compo-nents Letters. – 2015. – Vol. 25, No. 10. – P. 669–671.
  • 57. Kwon K. A hybrid transformer-based CMOS du-plexer with a single-ended notch-filtered LNA for highly inte-grated tunable RF front-ends / K. Kwon, S. Kim, K.Y. Son // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. – 2018. – Vol. 28, No. 11. – P. 1032–1034.
  • 58. Kwon K. A 23.4 mW 68 dB dynamic range low band CMOS hybrid tracking filter for ATSC digital TV tuner adopt-ing RC and Gm-C topology / K. Kwon, K. Lee // IEEE Trans-actions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2011. – Vol. 58, No. 10. – P. 2346–2354.
  • 59. Jeong S. A customized integrated circuit for active EMI filter with high reliability and scalability / S. Jeong, J. Park, J. Kim // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2021. – Vol. 36, No. 11. – P. 12631–12645.
  • 60. A high performance continuous-time sigma-delta modulator with a 2 MHz bandwidth hybrid loop filter for wire-less healthcare applications / J.F. Huang, W.C. Lai, F.T. Kao, K.J. Huang, K.L. Chen, R.Y. Liu // 2013 6th International Con-ference on Biomedical Engineering and Informatics. – IEEE, 2013. – P. 408–412.
  • 61. Feng T. Bandpass-filtering power amplifier with compact size and wideband harmonic suppression / T. Feng, K. Ma, Y. Wang, J. Hu // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2021. – Vol. 70, No. 2. – P. 1254–1268.
  • 62. Ali M. Integrated hybrid EMI filter: Study and reali-zation of the active part / M. Ali, E. Labouré, F. Costa // 2013 15th European Conference on Power Electronics and Applica-tions (EPE). – IEEE, 2013. – P. 1–8.
  • 63. Design Approach to Passive and Active Hybrid Inte-grated EMI Filters for High-Frequency Converters / M. Ali, L. Fraeger, A. Portnov, B. Eilers // PCIM Conference 2025; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Manage-ment. – VDE, 2025. – P. 905–914.
  • 64. Han Y. Hybrid common-mode EMI filter design for electric vehicle traction inverters / Y. Han, Z. Wu, D. Wu // Chinese Journal of Electrical Engineering. – 2022. – Vol. 8, No. 4. – P. 52–60.
  • 65. Design of a hybrid integrated EMC filter for a DC–DC power converter / M. Ali, E. Labouré, F. Costa, B. Revol // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2012. – Vol. 27, No. 11. – P. 4380–4390.
  • 66. A novel design method for hybrid common-mode EMI filters based on attenuation adjustability / Q. Chen, P. Zhou, X. Pei, Y. Yu, Y. Kang // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2025. – Vol. 40, No. 2 – Р. 3138–3149.
  • 67. A Hybrid EMI Filter Incorporating Active Y-capacitor for Common-mode Noise Mitigation / H. Li, S. Wang, D. He, Z. Zhao, W. Su // IEEE Transactions on Power Electron-ics. – 2025. – Vol. 40, No. 4. – Р. 5252–5264.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru