1、现象描述
如下图所示，一个采用金属外壳 “屏蔽” 的 AC/DC 电源产品 ( “屏蔽” 外壳上“屏蔽” 外壳上盖板与下盖板通过螺钉接触良好, 螺钉之间间距为5cm)。
测试时有如下现象：
去除电源的金属 “ 屏蔽”外壳后, 测试反而能通过｡其测试频谱图如下所示：
从测试频谱图可以看出, 采用金属 “屏蔽” 外壳时的辐射发射水平远高于不用金属外壳时的辐射发射水平（有的差值在20dB以上）｡
这似乎看起来与我们常见的电磁场屏蔽理论相违背｡那究竟真相是什么呢？且待下文分解。
2、原因分析
因为该案例是围绕屏蔽与否对辐射发射的影响来展开的，那首先我们先要了解屏蔽的概念。
所谓屏蔽就是对两个空间区域之间用金属进行隔离, 以控制电场､ 磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射｡
具体来讲, 就是用屏蔽体将元器件､ 电路､ 组合件､ 电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散，这个属于EMI电场干扰的范畴，即降低对外界的干扰;
用屏蔽体将接收电路､ 设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响，这个属于EMS的范畴，即提高自身的抗干扰能力｡
为什么屏蔽体可以起到屏蔽作用？其屏蔽的方式主要有以下几种：
吸收能量（涡流损耗）：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，由导体内的感生电流导致的能量损耗，在导体内部形成的一圈圈闭合的电流线，称为涡流（又称傅科电流），这也是电磁炉的工作原理。
反射能量：电磁波在屏蔽体上的界面反射，这个在后面会有详细介绍。
抵消能量：电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场, 可抵消部分干扰电磁波。
实际上， 屏蔽按屏蔽机理可分为磁场屏蔽、 电磁场屏蔽和电场屏蔽。
磁场主要产生于大电流､ 小电压的电路信号, 其方向可以用右手定则来判断。
磁场的传播可以看成是电路之间的互感而导致的耦合, 磁场屏蔽主要是依靠具有低磁阻的高导磁材料对磁通进行分路,从而使得屏蔽体内部的磁场大为减弱｡
屏蔽体设计中一般需要选用高导磁材料, 如坡莫合金、非晶态合金和其它的一些稀土合金。
进行磁场屏蔽时，注意：
可以适当增加屏蔽体的厚度。
被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上, 以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通。
注意屏蔽体的结构设计, 拼接缝､ 通风孔等均可能增加屏蔽体的磁阻, 从而降低屏蔽效果｡
电磁场是电场与磁场交替进行传播的电磁波,如下图所示：
电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施｡如下图所示：
其屏蔽过程如下：
当电磁波到达屏蔽体表面时, 由于空气与金属的交界面上阻抗不连续,对入射波产生了反射｡ 这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度, 只要求交界面上阻抗的不连续。
未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量, 在屏蔽体内向前传播的过程中, 被屏蔽材料所衰减｡ 也就是所谓的吸收（也可称其为涡流损耗）。
在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量, 传到材料的另一表面时,遇到金属-空气阻抗不连续的交界面, 会形成再次反射, 并重新返回屏蔽体内。
在两个金属的交界面上可能有多次反射出现｡
电场主要产生于小电流、 大电压的电路信号，与磁场的传播可以看成是电路之间的互感而导致的耦合， 它可以看成寄生电容形成的耦合，电场屏蔽就是改变原来的耦合关系， 使干扰源耦合不到敏感设备中去。
因为辐射发射测试的主要是电场，故本案例产品所需的屏蔽是电场屏蔽或电磁场屏蔽 。
按照以上的分析，本案例采用金属屏蔽似乎没有问题。因为屏蔽壳体已经将 PCB及 PCB 上的所有电路都封闭在金属屏蔽壳之内｡
但是, 设计者忽略了一点: 本案例产品在半波暗室里所测到的电磁辐射, 其等效辐射发射天线并非是产品中的某个器件或 PCB 上的某根印制线, 而是该电源的输入/ 输出电缆 (如大于1 m)。
因为只有电缆长度才能与所辐射频率的波长比拟（前面超标的61.52MHz对应波长为4.87m，130MHz对应波长为2.3m）, 因此电缆才是直接产生辐射的 “天线”。
实践和理论都表明, 只要这种电缆上在辐射发射测试的频率范围内流动着十几微安的共模电流, 该电缆的辐射发射就会超过标准规定的辐射限值｡
通过测试，去除 “屏蔽” 外壳后辐射发射测试反而可以通过, 说明屏蔽外壳的增加, 不但没有减小输入/ 输出电缆上流动的共模电流, 而且还增加了输入/ 输出电缆上流动的共模电流。
为了减少输入/输出电缆上流动的共模电流，通常可以采用以下两种方法：
方法一：用金属屏蔽壳和屏蔽电缆将 PCB 和所有输入／输出电缆屏蔽起来，同时屏蔽电缆屏蔽层，和PCB 的屏蔽外壳良好塔接。
方法二：借助 PCB 上的屏蔽外壳，通过合适的连接降低输入／输出电缆上流动的共模电流，以达到降低电缆所产生的辐射发射的目的。
方法一通常是不可行的，因为对于电源产品, 其输入/ 输出电缆一般不采用屏蔽电缆｡
因此,只能采用方法二, 这其实也是一种电场屏蔽的方式, 即将 PCB内部产生的电场屏蔽在金属外壳之内｡
3、详细原因分析
由前文分析可得，该开关电源模块的电源输入/输出电缆等效为辐射发射的发射天线，而线缆上存在的共模电流是导致电缆辐射的主要原因｡
这种共模电流主要是由下面两种方式产生的：
第一种共模电流是由开关电源的初级du/dt（i=Cdu/dt） 电路与参考接地板之间的容性耦合（C1）造成的, 如下图 所示的 I1 ：
第二种共模电流是由开关电源的初级du/dt 电路与次级电路（C12）､ 次级电路与参考接地板之间的容性耦合（Z）造成的, 即如下图所示的 I2 ｡
如果没有额外的路径, 这两种共模电流流入参考接地板之后, 将流回开关电源的输入电缆。
如下图所示，如果电源输入端加共模滤波电容, 这两种共模电流将被共模滤波电容CY1 ､ CY2在共模电流流入开关电源输入电缆之前旁路或分流。
该措施可以减小流入开关电源输入电缆的共模电流 Icable (若在电源输入端加上共模电感, 共模电流 Icable将被进一步减小), 最终起到降低辐射发射的效果。
由此可见, 当开关电源采用金属屏蔽外壳时, 由于开关电源的du/dt干扰源与金属屏蔽外壳之间总是要先于参考接地板产生容性耦合。
因此, 只要开关电源中的电路与金属外壳连接得当, 就可以防止 (如上图所示) 共模电流 I1 ､ I2 流入参考接地板, 并防止共模电流流入开关电源的输入电缆, 从而降低辐射发射｡
如下图所示，是金属外壳防止共模电流流入参考接地板的原理示意图｡由于PCB的“0V”和外壳直接相连，du/dt源通过容性耦合到外壳上之后又会在连接处返回PCB。
如果金属屏蔽外壳与开关电源的PCB之间没有任何的连接，则如下图所示，流入开关电源输入电缆上的共模电流并不会减少。
如上图所示情况, 金属屏蔽外壳的增加, 还导致开关电源内部电路噪声的耦合关系发生了变化｡
在无金属屏蔽外壳时, 干扰源与线缆间耦合关系原理如下图所示：
在这种情况下, 只要 PCB Layout合理, 图中干扰信号所在点（开关管）与开关电源输入电源线之间的寄生电容CS1 , CS2均比较小 (一般在零点几皮法) 。
而当存在金属外壳时, 由于金属板的存在, 使干扰信号所在点 (开关管) 与开关电源输入电源线之间的寄生电容等于下图C′S1与 C′S2的并联｡
由于干扰信号所在点 (开关管) 与开关电源输入电源线到金属板的距离 (几厘米) 比到参考接地板的距离 (约1 m) 近很多, 所以 C′S1 ､ C′S2远远大于 CS1 ､ CS2 ｡
这就导致干扰信号所在点 (开关管) 与开关电源输入电源线之间的耦合大大加重, 既而流入电源输入线的共模电流也大大增加, 故辐射也大大增加｡
这就是本案例中出现金属屏蔽外壳反而导致辐射发射测试失败的原因｡
当PCB 中的“0V”与金属外壳相连后, 虽然寄生电容 C′S1 ､ C′S2依然存在, 但是 C′S1 ､ C′S2互连点上的电位为零, 这会导致来自于 C′S1的共模电流不会继续往 C′S2流动, 从而减小了流向开关电源输入电缆的共模电流, 进而降低了辐射发射水平。
4、处理措施
经过前面详尽的分析，我们知道如果PCB中的“0V”和外壳没有任何连接（直接连接或者通过电容连接）的话，反而会加重辐射发射水平。
为了充分发挥外壳的屏蔽作用，如图所示，可以采取如下措施：
将电源输入滤波电容 C 接至金属外壳。
螺钉位置在 C 电容附近。
C 电容置于整流桥后侧, 效果将更好。
DC/DC 开关电源可以将初级的 “0V ”直接与金属外壳相连;
将电源输出的“0V ”通过 C 电容直接接至金属外壳｡
5、思考和启示
经过上面的分析，我们可以得到如下启示：
金属外壳并不是 “保险” 的, 金属外壳与 PCB 中工作地之间的连接和连接位置的选择很重要, 随意增加金属外壳反而可能恶化产品的 EMC 性能。
降低电缆辐射发射的目标就是降低流过电缆的共模电流, 而不是一味的 “接地”。
分析共模电流是分析产品 EMC 的重要手段, 产品屏蔽的目的是为了让共模电流不流到电缆或 LISN（有关LISN的介绍可以参考前文《EMC测试案例分析——接地环路对传导骚扰测试的影响》的介绍）。
产品进行屏蔽设计时, 一定要考虑电缆的存在，很多的辐射发射超标问题都是线缆等效为天线造成的，要分析线缆和超标频率波长的关系。
