전자파 간섭에 대한 3M 솔루션

3M은 수십 년간 제품을 개발하며 축적한 전자파 간섭(EMI) 경험을 바탕으로 전자 기기의 네트워크 성능을 개선하고 있습니다. 이러한 제품은 크게 차폐, 흡수 및 접지 재료로 범주화될 수 있습니다.

EMI 배경

우리 주변의 모든 전자 기기는 의도이든 아니든 여러 주파수에서 신호를 방출합니다. EMI(전자파 간섭)는 구성요소, RF 시스템 및 기타 많은 전자 기기를 간섭하는 전자 방출로, 네트워크 성능을 저하시키거나 심지어 심각한 오작동을 초래할 수도 있습니다. EMI는 RFI(무선 주파수 간섭)이라고 부를 수도 있습니다.

디지털 통신에서의 Shannon 방정식

정보 기기의 일관된 추세는 데이터를 더 신속하게 처리하거나 전송하기 위해 더 높은 주파수로 작동한다는 것입니다. 그러면 더 높은 밀도의 더 콤팩트한 패키지에서 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있기 때문입니다.

데이터 송수신시 EMI로 인한 데이터 전송률의 한계는 Shanon 방정식으로 수식화 할 수 있습니다. 이 방정식은 데이터 채널 대역폭 증가 및/또는 신호 대 잡음비 증가가 데이터 전송 속도를 향상시키는 데 사용할 수 있는 전략임을 보여줍니다.

Shannon 방정식에서 BW는 데이터 채널의 대역폭(Hz 단위)이고 SNR은 신호 강도 대 잡음 수준의 비율입니다.  BW가 증가하려면 C 대역, mmWave와 같은 더 높은 주파수 대역에서 스펙트럼 가용성이 필요합니다. 한편 SNR이 증가하려면 EMI 잡음 수준이 감소해야 하는데 이를 위해서는 차폐를 개선하고 EMI 흡수율을 높이고 이전의 허용 가능한 고조파(Hx) 및 수동소자 상호변조 왜곡(PIM)에서 발생하는 EMI를 점점 더 줄여야 합니다.

SNR(신호 대 잡음비) 개선이 중요한 이유

SNR 개선이 필요한 이유를 이해하기 위해 다음과 같은 (왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록) 데이터 밀도가 증가하는 단일 전송 기호의 표현을 생각해 보겠습니다.  이 그림에서 각 점은 전송되는 기호의 값을 나타냅니다.  이러한 값은 각각 기호의 정확한 해석을 보장하기 위해 가장 가까운 이웃과 명확히 구별되어야 합니다.  왼쪽의 가장 밀도가 낮은 기호의 경우 맨 아래 행과 같이 상당한 잡음이 있는 경우에도 처리될 수 있습니다.  그러나 왼쪽 아래에 있는 1비트 기호에서 허용 가능한 잡음 수준은 4비트 기호(16개 값)에는 더 이상 허용되지 않고, 4비트에서 허용 가능한 최대 잡음은 오른쪽에 있는 8비트 기호(256개 값)의 통신과 호환되지 않습니다. 현재 5G 표준에는 최대 1024개 값(1024 직교 진폭 변조 또는 QAM)을 갖는 기호가 포함된다는 점은 흥미롭습니다.

이미지 출처: www.sharetechnote.com

차폐는 전도성 인클로저를 통해 문제 기기(EMI 소스) 및/또는 민감한 피해 기기를 격리하여 달성됩니다.  그러나 차폐는 전도체 내 RF 에너지에 대한 "표피 깊이"의 존재로 인해 효과가 상실되는 저주파수에서는 매력적이지 않은 솔루션이 될 수 있습니다. 표피 깊이는 무선 주파수(RF) 전류 감소와 비례하여 증가합니다. 표피 깊이가 금속 차폐 두께의 상당 부분을 차지하게 되면 차폐는 효과를 상실합니다. 결과적으로 차폐는 일반적으로 10MHz 이상의 주파수에서 가장 효과적이고 그 이하의 주파수에서는 많은 응용분야에서 차폐 두께와 무게가 과도해질 수 있습니다. 차폐의 또 다른 단점은 EMI가 차폐에서 감쇠가 거의 없이 반사된다는 점입니다. 이 반사된 에너지는 문제의 피해 기기 이외의 구성요소에 예기치 않은 문제를 유발할 수 있습니다.

효과적인 저임피던스 접지는 기기 내에서 바이어스 생성을 방지하는 데 매우 중요합니다. 이것은 아래 그림에 개략적으로 나와 있습니다. 최근에는 기기 내 바이어스 외에도 접지 전류가 선형성이 충분하지 않은 전도성 계면을 통과할 때 문제가 되는 수준의 Hx 및 PIM이 생성된다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 계면은 전도성 테이프, 가스켓 또는 심지어 핀 및 나사와의 연결부에서 발생할 수 있습니다. 많은 고성능 기기에서 PIM 및 Hx를 낮추도록 설계된 재료 및 재료 조합을 선택하는 것이 중요합니다.

MHH 기기에서 Hx는 전압에 의해 유도된 전류가 해당 전압에 선형적으로 비례하지 않을 때 발생합니다. 이는 “비선형” 전기 접합부에서 발생합니다. Hx 자체는 예를 들어 850MHz 이하에서 전송된 신호의 3차 고조파가 3.8GHz 이하에서 C 대역 수신 안테나에 도달할 때 EMI 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한 전송 대역에는 상당한 대역폭이 있어야 하므로(위의 Shannon 방정식 참조) 두 개의 서로 다른 주파수 f1 및 f2에서 전송되는 Hx 신호는 비선형 접합이 있는 경우 해당 대역 내에서 상호변조될 수 있습니다. 즉, nf1 ± mf2 과 nf2 ± mf1에서 상호변조 잡음이 발생합니다(여기서 m 및 n은 양의 정수). 공교롭게 이러한 상호변조 결과가 종종 FDD(Frequency Domain Duplex) 신호의 수신 대역 범위에 포함되어 상당한 수준의 잡음을 생성합니다. PIM 기본 이론에 대한 설명은 이 문서의 범위를 벗어나므로, 주요 요점은 MHH 기기에 사용되는 접지 테이프가 접지되는 기재에 부착될 때 최대한 I/V 선형성을 제공하도록 설계되어야 합니다. 3M은 고객이 PIM 및 Hx를 최소화하기 위한 솔루션에 대한 엔지니어링 및 고객 지원에 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. 

EMI에 대한 3M 솔루션

3M은 전도성 계면 비선형성의 근본적인 원인에 대한 깊은 이해를 통해 매우 선형적인 차폐 및 접지 제품을 개발했습니다. 3M의 혁신적인 차폐 및 접지 제품에는 휴대용 모바일 기기에서 PIM 완화 및 잡음 감소를 통해 기기 제조업체를 도울 수 있는 전도성 개스킷, 전도 감압성 점착제(CPSA) 및 테이프, 흡수체가 포함됩니다. 이러한 제품은 5G 안테나, 베이스 밴드 유닛, 모바일 엣지 컴퓨터 하드웨어 등에도 배치되고 있습니다(아래 참조). 

3M의 접지 및 차폐 제품에 대해 알아보십시오:

3M™ 전기적 전도성 양면 전사 테이프 1020BC 시리즈

3M™ 전기적 전도성 양면 전사 테이프 9711S

EMI 흡수는 자기적 또는 유전적 손실 물질을 사용하여 달성됩니다. 일반적으로 저주파수(1GHz 이하)의 경우 자기 솔루션이 지배적이고, 고주파수(6GHz 이상)에서는 전기 솔루션이 지배적입니다. 흡수체는 EMI 에너지를 열로 변환하기 때문에 이 에너지로 인해 차폐 시 이따금 발생하는 예기치 않은 문제가 초래될 가능성이 더 낮습니다. 흡수체는 차폐 단독으로는 모든 민감한 구성요소를 보호할 수 없는 상황에서 차폐와 결합되는 경우가 많습니다. 3M은 고객의 이러한 요구를 해결하기 위해 킬로헤르츠 범위에서 최대 80GHz까지 광범위한 흡수체 라인업을 보유하고 있습니다.

3M은 전자제품의 EMI 제어 분야에서 오랜 시간 축적된 전문성을 활용하여 5G 인프라 전반의 잡음을 줄이는 데 도움이 되는 제품을 출시합니다. 이를 통해 네트워크 안정성을 보장하고 고객에게 더 나은 연결을 제공할 수 있습니다.

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