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EMI/RFI 고려 사항 및 솔루션 선택

개요

이 문서에서는 잠재적인 EMI 소스의 성장과 EMI 챌린지의 특성화 방법에 대해 설명합니다. 문제를 제거하고 응용 프로그램이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 취할 수 있는 단계를 다룹니다. 이러한 단계에는 EMI 문제를 완화하기 위한 초기 설계 개발과 문제가 발생할 경우 설계를 "수정"하는 방법을 포함합니다. 이 문서에서는 문제 및 요구 사항을 해결하는 자료를 선택하는 방법도 설명합니다.

현재 전자 제품 시장 동향

지난 수십 년 동안 IoT를 둘러싼 상당한 양의 논의가 있었으며 IoT가 우리가 살고있는 세상을 어떻게 변화시키고 있는지 논의했습니다. 간단히 말해서, 우리가 매일 사용하는 제품의 전자화의 급진적 인 증가는 우리가 살고, 사업하고, 사교하고, 글로벌 수준에서 상호 작용하는 방식에 패러다임 변화를 일으키고 있습니다. 이는 고객의 기대치가 변화하고 새로운 기능이 도입됨에 따라 거의 모든 산업에 영향을 미쳤습니다.

이러한 변화로 인해 크게 영향을받는 산업의 예는 다음과 같습니다.

가전제품

  • 가전 제품은 이제 식료품을 주문하는 터치 스크린이있는 냉장고 또는 온라인으로 세제를 주문할 수있는 세탁기와 같은 관련 제품을 온라인으로 주문할 수 있습니다.
  • 모바일 장치로 보안, 온도, 조명 및 기타 환경 또는 편의 제어를 제어 할 수있는 스마트 하우스.
  • 번개처럼 빠른 속도, 맞춤형 콘텐츠, 실시간 커뮤니케이션 및 소셜 연결을 제공하는 게임 콘솔 및 TV.
터치 스크린
터치 스크린

교통

  • 대중 교통을 포함한 전기 자동차는 광범위한 연결성을 통해 더욱 보편화되고 있습니다.
  • 연결된 대시보드, 센서 및 디스플레이는 더 많은 안전 기능, 더 나은 모니터링 및 향상된 효율성을 제공합니다.
  • 자율 주행 차량은 현실화되고 있으며, 곧 우리가 상품을 배송하고 배달하는 방식을 바꿀 것입니다.

의료

  • 모니터링 및 의료 치료 장치는 가정에서 사용하기 위해 더 작고 휴대성이 뛰어납니다.
  • 의료 데이터 기록 및 저장은 점점 더 자동화되고 있습니다.
  • 이전에는 혈압 커프스에서 수술 도구에 이르기까지 수동이었던 품목이 점점 더 나은 정확도와 환자 치료를 위해 전자 장치를 통합하고 있습니다.
터치 스크린
터치 스크린

Enterprise & Hyperscale Electronics

  • 이러한 모든 장치를 활성화하고 세계를 연결 상태로 유지하는 백본.
  • 데이터 처리, 스토리지 및 클라우드 컴퓨팅
  • 실시간 기능을 가능하게 하는 엄청난 신뢰성과 함께 고속으로 데이터를 주고 받기 위한 양방향

다른 산업은 제조 공정 및 장비, 산업 자동화, 산업 발전 및 변환, 재생 에너지 및 농업 장비와 같은 글로벌 전자화의 영향을 받아 효율성을 최적화하고 에너지 소비를 줄이며 수율을 극대화하고 지속 가능성을 향상시키기 위해 더욱 자동화되고 데이터 지능화됩니다.

이러한 산업이 경계를 허물고, 새로운 장치를 개발하고, 기능을 추가하고, 연결성을 높이고, 고객의 기대치를 높이면서 이러한 확산으로 인해 발생하는 크로스 토크 및 전자기 간섭의 양이 기하 급수적으로 증가하고 있습니다. 새로운 세대의 통합 전자 장치가 신뢰성과 기능을 유지하기 위해 증가하는 EMI 위험을 처리할 수 있어야 합니다.

Emi 란 무엇이며 왜 문제가됩니까?

고주파 간섭(RFI)이라고도 하는 전자기 간섭(EMI)은 전기 또는 자기 소스로 인해 발생하는 전기 신호의 교란(영구 또는 과도 상태)입니다. 이러한 소스에는 방사 전자기장, 서로 다른 전압 및 외부 소스 또는 장치의 전류가 포함됩니다. 장치는 전기 신호를 처리하고 작동하기 위해 전력을 소비하기 때문에 이러한 효과에 매우 민감합니다. EMI 교란은 회로 성능을 저하시키고, 오류율 및 데이터 손실을 증가시키고, 성능 중단을 유발하거나 완전한 장치 고장을 일으킬 수 있습니다.

EMI 소스는 다른 전자 장치, 송신기, 모터, 전원 공급 장치 및 번개 또는 태양과 같은 환경 요인에 이르기까지 다양합니다. 점점 더 많은 통합 전자 장치가 표준이 되고, 가까운 거리에서 설계되고, 동일한 환경에서 작동함에 따라, 각 장치는 이를 방지하거나 제어하도록 적절한 솔루션이 설계되지 않는 한 다른 사람들이 EMI 문제를 증가시키게 할 수 있습니다.

EMI를 완전히 제거하는 것은 장치에서 신호가 오갈 수 없으므로 실제 응용 제품에서는 실용적이지 않습니다. 따라서 처음부터 EMI를 염두에 둔 최종 장치를 설계하는 것이 중요합니다. 설계 중에 EMI 챌린지의 가능한 각 소스와 동작을 모델링하는 것은 거의 불가능하기 때문에, 예기치 않은 EMI 문제가 발생할 때 이를 해결하기 위해 테스트 중에 능숙하게 촬영할 수 있도록 준비하는 것도 똑같이 중요합니다.

EMI 특성화

EMI는 여러 범주에 걸쳐 두 가지 유형으로 특성화될 수 있습니다.

  • 간섭 기간별
    • 연속 또는 임펄스 "소음"
  • 대역폭별
    • 일반적으로 모바일 장치 또는 Broad와 같은 의도적 인 전송에서 오는 좁은 편은 종종 전력선과 같이 의도하지 않은 경우가 많습니다.
  • 자연 발생 vs 인공

전도

전류 효과. 전도 잡음은 연결된 전선 또는 전원 공급 장치 또는 접지선을 통한 전류와 같은 전류를 통해 여러 구성 요소 간에 결합됩니다. 일반적인 임피던스 커플링 원인은 둘 이상의 회로의 전류가 동일한 구성 요소 또는 회로를 통해 흐를 때입니다. 대부분의 전도 결합은 AC 전력선을 통해 발생합니다.

또한 두 가지 전도 모드가있을 수 있습니다.

  • 공통: 잡음은 두 도체에서 동일한 위상에 나타납니다(예: 신호에 대한 출력 및 복귀)
  • 차동: 잡음이 두 도체에서 위상을 벗어났습니다.

필요한 필터링 기술은 경험되는 커플링의 유형에 따라 달라집니다. 공통 모드는 함께 필터링되는 반면 차동은 함께 또는 별도로 필터링될 수 있습니다.

복사

전자기 효과와 가장 쉽게 결정. 이것은 일반적으로 소스와 희생자가 먼 거리, 일반적으로 파장 이상으로 분리 될 때 경험됩니다. 전기장과 자기장 커플링은 근거리 조건에서 별도로 진단됩니다. 원거리 필드 조건에서, 커플링은 평면파로서 취급된다.

유도

전기 또는 자기장 효과.

유도적(또는 정전 용량) 커플링

  • 도체의 전류 흐름에 의해 발생하는 자기장 커플링. 소스와 피해자 사이에 서로 다른 자기장이 존재할 때 종종 발생합니다 - 일반적으로 두 도체가 서로 가깝게 달릴 때 (λ 미만 떨어져 있음). 이것은 피해자 회로에 전류를 유도하여 신호를 소스에서 피해자로 전송합니다. 커플링 메커니즘은 변압기에 의해 모델링될 수 있다.

정전 용량 커플링

  • 도체 간의 전압 차이로 인해 발생하는 전기장 커플링. 소스에서 변화하는 전압은 전하를 피해자 회로로 전송합니다. 커플링 메커니즘은 커패시터에 의해 모델링될 수 있다.

응용 제품을 설계하고 이러한 문제를 해결하기 위해 EMI 재료를 선택할 때 이러한 특성과 모델을 고려하는 것이 중요합니다. EMI는 모든 전자 장치에 존재하지만 소스를 완전히 이해하고 정의하면 크게 줄일 수 있습니다.

EMI를 완화하기 위한 애플리케이션 설계

올바른 설계 및 재료는 치수, 비용 및 미학과 같은 다른 설계 요구 사항을 손상시키지 않으면서 전자기 호환성(EMC) 준수를 최적화합니다. 이상적이고 적절한 솔루션은 설계 또는 테스트 중에 간섭 성능 문제가 확인되는 경우에도 영향을 받습니다. 처음부터 EMI를 최소화하도록 애플리케이션을 설계할 때 취해야 할 많은 표준 첫 번째 단계가 있습니다.

회로 설계 및 파티셔닝

잠재적인 EMI 위험을 회피하기 위한 설계를 구축하십시오. 안테나 효과라고 하는 원치 않는 전류 필드를 유발하는 회로 설계 루프를 피하고 커플링 문제를 최소화하기 위해 커패시터 및 변압기 부품을 엔지니어링하는 등의 단계를 수행합니다.

EMC 필터

기판 회로의 특정 위치에 필터를 설계하여 노이즈를 차단하고 상호 연결을 통해 들어오거나 나갈 수 있는 원치 않는 신호를 줄입니다. 간섭 신호는 일반적으로 와이어 또는 라인을 따라 일반적으로 이동하는 신호보다 높은 주파수를 갖는다. "저역 통과" 필터를 배치하면 저주파 신호만 통과할 수 있으며 이러한 고주파 간섭 신호는 차단됩니다.

필터는 다양한 형식으로 제공됩니다. 와이어 주위에 배치되는 간단한 페라이트 일 수도 있고 다양한 구성 요소가있는 다층 솔루션이 필요할 수도 있습니다. 필터는 두 가지 키 유형으로 분류할 수 있습니다. 한 유형은 원치 않는 에너지를 흡수하고, 다른 유형은 그것을 거부하고 다시 반영합니다. 흡수가 가장 일반적으로 선호되지만, 후자가 필요할 수있는 몇 가지 상황이 있습니다.

접지

장치와 접지 사이에 낮은 저항 경로를 제공하거나 EMI 신호를 우회하기 위한 공통 기준 저임피던스 평면을 제공하여 잠재적인 EMI 위험을 회피하도록 설계를 구축하십시오.

접지 솔루션을 개발할 때 지면의 비이상적인 특성을 고려하고 이상적이거나 제로 임피던스로 취급하지 않는 것이 중요합니다. "접지"는 공통 반환에 사용되는 도체를 참조하는 상대 용어이며, 접지는 하나의 시나리오 일뿐입니다. 예를 들어, 전기 자동차의 접지는 프레임의 지점 사이에 여러 볼트의 차이를 가질 수 있지만 항공기는 구조 내에서 10V-100V 범위의 차이를 가질 수 있습니다.

스크린된 인클로저

기본 이론은 주파수가 200MHz보다 낮을 때 접지가 실행 가능한 솔루션이지만 주파수가 200MHz보다 높으면 방사선을 생성하며 최상의 솔루션은 주파수 및 후속 방사선을 관리하는 차폐 인클로저 또는 전도성 폼이됩니다. 차폐 인클로저는 초기 장치 설계의 공통 구성 요소입니다. 주파수와 방사선을 차폐하기 위한 전도성 폼 솔루션 또는 전도성 폼 가스켓과 차폐 인클로저의 조합도 일반적인 솔루션입니다.

스크린된 라인 및 케이블

장치가 전원 공급 또는 공급 전압에 "연결"되어 있고 불균형 전류가 발생하면 케이블에 페라이트 코어 또는 유연한 페라이트 리본 랩을 설계하여 방사된 "잡음"을 차단하는 것이 가장 좋습니다.

전자기 호환성(EMC) 준수 테스트

EMC는 의도하지 않은 EMI로 인한 중단 또는 성능 저하와 같은 문제 없이 전기 또는 전자 장비 및 시스템이 의도한 작동 환경에서 작동할 수 있는 기능입니다. 공유 환경에서 작동하는 전자 장치의 수가 증가함에 따라 장치가 서로의 성능과 안정성을 방해하지 않고 가까운 거리에서 작동 할 수 있어야합니다.

장치가 증가함에 따라 특정 환경에서 EMI "잡음" 요인에 대한 가능성이 훨씬 높아져 측정 및 계획이 점점 더 어려워지고 있습니다. 일반적으로 격리된 조건이나 차폐실에서 EMC 성능을 측정하고 테스트하여 기본 측정을 수행하는 동안 외부 소스로부터 예기치 않은 "잡음" 영향이 발생하지 않도록 하는 것이 가장 좋습니다.

완제품을 테스트할 때 세 미터 및 열 미터 테스트는 특정 EMC 요구 사항에 맞게 제품을 인증하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 테스트 시설은 ANSI C63.4, EN50147 파트 2(방출) 및 EN61000-4-3(내성)에 명시된 다양한 국제 표준에 따라 방사 방출 및 방사 내성 요구 사항에 대한 인증을 제공합니다.

RF 모듈 또는 반제품 부품의 경우 "잡음" 스캐너 또는 스펙트럼 분석기를 사용하여 최종 제품 조립 테스트 전에 "잡음"을 측정할 수 있습니다. 부품 수준에서 "잡음"을 감지하고, "잡음"의 원인을 식별하고, 간섭을 수정하도록 설계를 조정한 후 제품 설계를 완료하고 EMC 규정 준수 테스트를 진행하는 것이 이상적입니다.

테스트 또는 초기 설계 후에 발견된 Emi 문제 해결

설계 후 단계에서 EMI 문제가 확인될 때 주요 설계 변경 없이 EMI 문제를 해결할 수 있는 방법이 여전히 있습니다. 특수 엔지니어링 재료를 사용하여 특정 EMI 문제를 제어하거나 무효화하도록 설계된 효율적인 맞춤형 구성 요소를 추가하는 것은 종종 저렴하고 시기 적절한 솔루션입니다. 첫 번째 단계는 간섭의 정확한 원인을 파악하고 신중하게 선택한 흡수, 접지, 차폐 또는 "소음"을 제거 할 수있는 기타 고도로 전문화 된 재료로 구성된 문제를 완화하기 위해 솔루션을 엔지니어링하는 것입니다.

새로 발견된 EMI 문제를 조사할 때 수행해야 할 세 가지 기본 단계가 있습니다.

차폐 검사

데이터 전송에 영향을 미치는 외부 (면역) 또는 내부 방사선 (방출) 소스로부터 "잡음"을 분리하고 차폐 재료의 빈약 한 설치로 인한 방사선 누출을 피하십시오. 적절한 차폐 재료는 전도성 폼, 전도성 패드, 금속 인클로저, 금속 호일, 금속화 천, 또는 전도성 접착제 또는 에폭시를 포함한다. 이상적인 솔루션은 사용 가능한 치수, 성능 요구 사항 및 기타 설계 사양에 따라 달라집니다.

접지 점검

이것은 EMI "잡음"을 식별하기위한 가장 간단하고 가장 일반적인 진단 도구입니다. 접지를 최적화하는 상호 연결 역할을 하는 전기 전도성 구성 요소를 삽입하여 신호 송신기 역할을 할 수 있는 "바이어스" 전압을 생성하지 마십시오. 이 구성 요소는 전도성 폼, 접착제, 폴리머 또는 직물 오버 폼 일 수 있습니다. 다시 한번, "접지"속성을 명심하고 이상적인 속성을 가정하지 마십시오.

흡수기 라미네이션

접지 및/또는 차폐 솔루션이 조사되거나 도입된 후에도 EMI "잡음"이 지속되면 흡수기 재료가 평가할 다음 솔루션입니다. 적절한 흡수기 재료를 선택하려면 "잡음"을 일으키는 주파수 범위를 이해하는 것이 중요합니다. 일반적인 재료는 자기 또는 전기 "소음"억제 시트 또는 둘 다의 조합입니다.

차폐 검사
접지 점검
흡수기 라미네이션

최상의 "수정"을 식별하는 데 도움이되는 주요 성능 특성은 다음과 같습니다.

60dB = 1000X 감소, 70dB = 3160X 감소, 68dB = 10000X 감소, 60dB 쉴드는 1mV, 70dB 쉴드는 0.3mV, 80dB 쉴드는 0.1mV만큼 감소합니다.

낮은 표면 저항 (옴 / 평방 미터) / 낮은 접촉 저항 (옴 / 인치)

이 모델은 표면 및 접촉 저항을 측정하기 위해 MIL-DTL-83258C (MIL-STL202.307) 또는 이와 동등한 표준을 기반으로합니다. 표면 저항 단위는 ohm / sq이며 이는 접촉 영역 크기와 관련이 없으며 접촉 영역 크기가 성능과 관련이 없습니다 - 더 큰 실장 면적을 가진 제품은 더 높은 성능을 갖지 않습니다. 접촉 저항은 Z축 저항의 척도입니다. 이 중요한 측정은 접지 성능을 ohm/in²로 보여줍니다.

접촉 영역은 전도도 성능에 영향을 미칩니다. 더 큰 접촉 면적을 가진 동일한 재료는 더 나은 접지 성능을 제공합니다. 더 높은 성능이 필요하지만 더 큰 접촉 면적을 사용할 수 없는 경우, 향상된 접지 성능을 달성하기 위해 더 높은 전도도 재료가 필요할 수 있습니다.

더 나은 차폐 기능(dB)

차폐 인클로저는 종종 내성을 제공하거나 내부적으로 방출을 방지하는 데 선호되는 방법입니다. 재료 차폐 효과는 ASTM D4935에 따라 측정됩니다.

차폐 효과 데이터 해석 - 데이터의 가장 낮은 지점은 최소한의 보호를 제공합니다.

EMI 잡음 흡수를 위한 적절한 주파수 범위 흡수기를 선택하십시오(투과성 u', u").

EMI 흡수기는 시스템 작동을 방해할 수 있는 이탈하거나 원치 않는 방사선을 제거하기 위해 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 흡수제는 특정 물체로부터의 반사 또는 투과를 줄이기 위해 외부에서 사용될 수 있으며 캐비티 공명 (밀폐 된 공간)으로 인한 진동을 줄이기 위해 내부적으로 사용될 수 있습니다.

흡수제는 대부분 재료 매트릭스 내부의 필러 재료로 구성됩니다. 충전제 물질은 방사된 "소음"을 흡수하는 하나 이상의 성분으로 구성된다. 적절한 흡수기를 선택하려면 EMI 성능 문제를 일으키는 특정 주파수 레벨에서 투과도를 테스트해야 합니다. 아래 표를 참조하십시오, 성능 요구 사항과 상관 관계가 있는 재료는 올바른 재료입니다.

문제 주파수 범위가 확인 된 후 더 낮은 u"(자기 손실)로 더 높은 u' 투자율을 선택하십시오 (예 : 600 - 800MHz에서 작동하는 GSM, 2.4GHz에서 Wi-Fi 작동 주파수). 더 두꺼운 흡수제는 공간을 사용할 수 있다면 더 나은 흡수 능력을 가지고 있습니다.

다양한 EMI 흡수제의 투과도 비교

EMI 재료 요구 사항에 맞는 올바른 파트너 선택

EMI 위험이 증가하고 장치 및 EMI 소스가 기하급수적으로 증가함에 따라 설계, 프로토타이핑 및 테스트에서 간소화되고 확장 가능한 대량 생산에 이르기까지 모든 범위의 서비스를 제공할 수 있는 엔지니어링 재료 및 변환 파트너와 협력해야 합니다. 숙련 된 재료 파트너는 응용 프로그램 및 업계를위한 설계 전후 단계뿐만 아니라 장치가 수행해야하는 잠재적 환경에 대한 심층적 인 실무 지식을 완전히 이해하고 경험을 쌓을 것입니다.

Boyd Corporation은 90 년 이상 재료 설계, 변환 및 제조를 전문으로하여 고급 고성능 재료에 대한 혁신의 최전선에 계속 서 있습니다. Boyd의 수십 년간의 경험과 전문 지식은 지역화 된 지원 및 프로토 타이핑뿐만 아니라 사내 테스트, 설계 및 재료 전문 지식을 갖춘 세 대륙에 걸쳐 글로벌 제조를 통해 전 세계적으로 확장되었습니다.

Boyd는 다음과 같은 광범위한 EMI/RFI 솔루션 포트폴리오를 제공합니다.

  • 인클로저는 폼 압축 차폐 가스켓, 전도성 폼 개스킷, 베릴륨 - 구리 핑거 스톡 옵션 및 개구부와 문 안팎에서 설계된 접지 재료 위에 패브릭을 특징으로합니다.
  • 전도성 패브릭은 입출력 개스킷과 입구 및 출구 포트용으로 설계된 필터를 포장했습니다.
  • 케이블과 코드를 전략적으로 감싸는 유연한 페라이트 흡수기.
  • 그리고 차폐, 접지, 흡수 및 절연을 위한 다른 많은 EMI 재료 및 솔루션.

Boyd는 또한 대부분의 주요 산업 요구 사항에 걸친 엔지니어링 재료 솔루션과 열 관리 솔루션, 시스템 및 서비스를 제공하여 EMI/RFI 이외의 요구 사항에 대해 강력하고 지원적인 공급망을 제공합니다. 현재와 미래의 EMI 과제를 해결하기 위한 다음 단계에 대해 확신할 수 없는 경우, 공정 중 언제든지 보이드 엔지니어 또는 재료 전문가에게 문의하십시오.

질문이 있으십니까? 저희가 도와드리겠습니다!