3M电磁干扰解决方案

3M在开发产品提高电子设备抗电磁干扰(电磁干扰)性能方面拥有数十年的经验。这些产品可大致分为屏蔽、吸收和接地材料。

电磁干扰背景

我们周围的电子设备会以多种频率发出信号（有意或无意）。电磁干扰（EMI）是一种电子辐射，会干扰组件、射频系统和许多其他电子设备，从而降低性能甚至导致设备完全故障。电磁干扰也可称为RFI，即射频干扰。

数字通信中的香农定理

信息设备的一致趋势是朝着更高频率的操作发展，以更快地处理或传输数据。这可以在密度更高和更紧凑的封装中实现更强大的功能。

在传输数据时，电磁干扰对数据速率施加的限制在香农定理中形式化。该定理表明增加数据通道带宽和/或增加信噪比是提高数据传输速率的可用策略；即。

在香农定理中，BW是以赫兹为单位的数据通道带宽，SNR是信号强度与噪声水平的比值。增加BW推动了对更高频段频谱可用性的需求（例如C波段和毫米波），而增加SNR需要降低电磁干扰噪声水平，因此需要改进屏蔽、电磁干扰吸收和（越来越多地）减少以前可容忍的谐波和无源引起的电磁干扰互调（下文中的Hx和PIM）。

为什么提高信噪比很重要？

要了解提高SNR的必要性，请参考以下表示的单个传输符号随着数据密度的增加而增加（从左到右）。此图中，每个点代表正在传输符号的一个值。每个这样的值都必须与其最近的值明确区分开，确保能对符号做出准确解释。对于左侧密度最低的符号，即使在存在显着噪声的情况下也可以正常传输，如底行所示。但是，1比特符号（左下角）可接受的噪声水平，对于4比特符号（16个值）不再可接受，4比特允许的最大噪声与右边的8比特符号（256个值）的通信同样不兼容。有趣的是，当前的5G标准中包含最多1024个值的符号（1024正交幅度调制，或1024QAM）。

SNR image

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受电磁干扰影响的细分市场

消费电子设备
5G基础设施
其他：汽车、医疗、国防、工业

客户/市场细分需求

改善信号完整性
- 更高的信噪比
- 低PIM（4G/5G）
增加网络覆盖
增加网络容量
增加数据吞吐量
减少掉线情况

电磁干扰控制方法

通过导电外壳隔离Culprit设备（电磁干扰源）和/或敏感的Victim设备来实现屏蔽。然而，屏蔽在较低频率下可能不是有效的解决方案，因为在导体中存在射频能量的“皱肤深度”，这会使它会失去效果。皱肤深度随频率的降低而增大。当皱肤深度占金属屏蔽层厚度的很大一部分时，屏蔽层将失效。因此，屏蔽通常在10 MHz左右的频率上最有效，低于该频率时，屏蔽厚度和重量对于许多应用来说可能会变得过大。屏蔽的另一个缺点是电磁干扰从屏蔽反射，几乎没有衰减。除了最初关注的一些负面影响之外，反射能量还会对组件造成意想不到的问题。

有效的低阻抗接地对于防止设备内产生偏压至关重要。见下图示意。最近，除了器件内偏压外，当接地电流通过线性不足的导电界面时，还注意到在已有得到影响基础上会产生Hx和PIM。这些界面可能出现在与导电胶带、垫圈甚至销钉和螺钉的连接处。在许多高性能设备中选择低PIM和Hx设计材料和材料组合非常重要。

Importance of EMI grounding foil tapes in RF devices screen shot

当电压感应的电流与该电压不成线性比例时，会在MHH设备中产生Hx。这发生在“非线性”电连接处。Hx本身也会产生电磁干扰问题，例如，当传输信号三次谐波以~850 MHz的频率到达约3.8 GHz的C波段接收天线时。此外，由于传输频带必须具有很大的带宽（请参见上文的香农定理），因此在该频带内，从两个不同频率（f1和f2）传输的信号Hx可能会在存在非线性结点的情况下互调。这会在nf1±mf2和nf2±mf1处产生PIM噪声，其中m和n是正整数。碰巧的是，这些互调产物通常落在频域双工(FDD)信号的接收频带内，从而产生显著的噪声水平。PIM基础理论的描述不在本文档的范围内；要点是MHH设备中使用的接地带需要设计为在应用于接地基板时提供最大可能的I/V线性度。3M在工程设计和帮助客户选择最低的PIM和Hx解决方案方面拥有丰富的经验。