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MIL-STD-461G標準的新要求CS117涉及到瞬態雷電感應，它是將DO-160G第22節標準應用于商用飛機之前已經應用的一組測試。然而，軍用飛機和水面艦艇的要求與第22節的要求略有不同。這兩個標準規定了在測試期間應用的6個脈沖波形。在第22節中波形顯示為下面3種事件類型的一部分：單沖擊（SS），多沖擊（MS）和多爆發（MB）。CS117中的要求僅指MS和MB，不包括SS。第22節規定了針對干擾的三種應用方法：探針注入（PIN），電纜感應（CI）和接地注入（GI），而CS117需要使用CI方法的應用脈沖。

 

與第22節相比，上述修改的原理與MIL標準中一般使用的規范一致，旨在減少和簡化決策過程。飛機分區是建立適用波形集和測試級別所必需的程序，相對復雜和耗時。此外，標準化測試裝置被認為是非常重要的。

 

在下一節中，將對來自兩種標準的測試電平進行廣泛比較。

 

測試電平比較：第22節與CS117

在兩個標準中，每個波形都要定義測試電平。在第22節中，對于一個波形有五個測試電平，而在CS117只有兩個測試電平。 此外，CS117定義了針對低計數電線束或電源線的特殊（簡化）測試電平。然而，來自CS117的簡化測試電平在第22節中沒有對應部分，所以將不包括在比較中。

最后，當將第22節的探針注入（PIN）測試電平與來自CS117的CI測試電平進行比較時，將看到信號發生器定義的重要區別：PIN發生器具有由開路電壓和短路電流的比值確定了的固定虛擬阻抗，而在CI測試中，施加沒有固定阻抗的電壓或電流波形，并且設置電流或電壓限幅器來防止超出設備極限。為了保持一致的方法，只對測試電平進行比較：WF1作為電流波形，WF2作為電壓波形，WF3作為電壓波形，WF4作為電壓波形，WF5A作為電流波形，WF6作為電流波形。在此分析中，不考慮電纜束（CB）測試中對電流或電壓的限制。

第22節PIN 與 CS117 CI比較

在DO-160G第22節中，用PIN方法施加三個波形：WF3（1 MHz），WF4和WF5A。將每個波形的PIN測試電平與CS117中為CI指定的相同波形的相對應電平（第一沖擊）進行比較。

I.第22節PIN與CS117 CI (WF31MHz)的比較

WF3 1MHz
DO160G S22	MIL-STD-461G CS117
PIN	CI（第一沖擊）
L1   100V	-
L2    250V	-
L3    600V	內部 600V
L4    1500V	外部 1500V
L5   3200V	-

在CS117中對于WF3 1 MHz（見表I）規定了兩個測試電平（第一沖擊），用CI方法的CB測試，具有和第22節PIN方法中電平3和電平4相同的電平幅度。對于PIN測試，由于10MHz波形沒有在第22節中定義，本節中未考慮比較。 WF3的最高沖擊峰值要求見第22節。WF4的類似比較見表II。CS117的試驗電平相當于第22節的3級和4級。WF4的最高沖擊峰值要求見第22節。

II.第22節PIN與CS117 CI（WF4）的比較

WF4
DO160G S22	MIL-STD-461G CS117
PIN	CI（第一沖擊）
L1  50V	-
L2   125V	-
L3   300V	內部 300V
L4   750V	外部 750V
L5   1600V	-

表III介紹了第22節（PIN方法）和CS117（CI方法）中關于WF5A的峰值電平要求之間的比較。與WF3和WF4的PIN測試電平不同，在CS117中規定了WF5A情況下的最高沖擊峰值要求。由于波形具有相對長的上升時間，并且電纜電感對從耦合器到EUT（Equipment Under Test，受試設備的簡寫）輸入連接器的干擾傳播具有較小的影響，因此可以斷言：CI的CS117要求可以覆蓋第22節關于WF5A的所有PIN要求。

III.第22節PIN與和CS117 CI （WF5A）的比較

WF5A
DO160G S22	MIL-STD-461G CS117
PIN	CI（第一沖擊）
L150A	-
L2   125A	-
L3   300A	-
L4   750A	內部 1000A
L5   1600A	外部 2000A

作為部分結論，在WF3和WF4情況下，來自第22節的PIN電平5的振幅高于來自CS117的最高的第一沖擊振幅；而在WF5A的情況下，來自第22節的PIN電平5的振幅較低。在CI方法的情況下，將出現本文第3節中對所有3個波形估計連接器處的有效測試電平。只要對連接器施加PIN干擾，使用CS117的CI方法在電纜束上施加擾動，比如在距離連接器一定距離處施加，則該電平估計對于更精確地比較測試電平是非常必要的。下面的表格將對第22節CB測試（CI和GI）所要求的測試電平與CS117要求的測試電平進行比較。在MS事件情形下，僅需考慮第一沖擊的振幅。

IV．第22節 CI和GI（SS，MS，MB）與CS117 CI比較

WF1 電流波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
CI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[A]	100	50	-	-
L2[A]	250	125	-	-
L3[A]	600	300	-	內部 600
L4[A]	1500	750	-	外部1500
L5[A]	3200	1600	-	-

V．第22節 CB/CI 與CS117（WF2）比較

WF2 電壓波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
CI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[V]	50	50	-	-
L2[V]	125	125	-	-
L3[V]	300	300	-	內部 300
L4[V]	750	750	-	外部750
L5[V]	1600	1600	-	-

VI．第22節 CB/CI 與CS117 CI（WF3）比較

WF3,1和10MHz 電壓波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
CI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[V]	100	100	60	-
L2[V]	250	250	150	-
L3[V]	600	600	360	內部 600（MB  360V）
L4[V]	1500	1500	900	外部1500（MB  900V）
L5[V]	3200	3200	1920	-

表VII和VIII涉及波形4和5A，其中DO-160G第22節將GI指定為首選的注入方法。然而，如果在某些情況下CI方法更合適，則允許使用CI方法，并且一些產品標準要求唯一使用CI方法注入波形5A。

VII．第22節 CB/GI 與CS117 CI（WF4）對比

WF4 -電壓波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
CI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[V]	50	25	-	-
L2[V]	125	62.5	-	-
L3[V]	300	150	-	內部 300
L4[V]	750	375	-	外部750
L5[V]	1600	800	-	-

VIII.第22節CB/GI 與CS117 CI（WF5A）的比較

WF5A 電流波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
優先GI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[A]	150	60	-	-
L2[A]	400	160	-	-
L3[A]	1000	400	-	內部 1000
L4[A]	2000	800	-	外部2000
L5[A]	5000	2000	-	-

IX． 第22節CB/CI與CS117 CI（WF6）的比較

WF6 - 電流波形
D0160G S22				MIL-STD-461G CS117
CI				CI（FS）
	SS	MS（FS）	MB	MS
L1[A]	-	-	5	-
L2[A]	-	-	12.5	-
L3[A]	-	-	30	內部 30
L4[A]	-	-	75	外部75
L5[A]	-	-	160	-

對表IV至表IX的分析表明：

•對于所有波形，第22節中SS測試電平3的振幅，對應于航空器內部設備和船舶甲板以下設備（來自CS117）的MS要求中的第一沖擊的振幅。

•對于所有波形，第22節SS測試電平4的幅度，對應于航空器外部設備和船舶甲板以上設備（來自CS117）的MS要求中的第一沖擊的振幅。

•在第22節中指定波形2和3的情況下，SS事件的幅度等同于來自MS事件的第一沖擊的幅度。由于CS117將MS事件指定為測試要求，因此可以考慮這些波形的測試電平在兩種標準（在通用測試電平）下是等效的。

•在第22節中指定的波形1,4和5A的情況下，SS事件的幅度高于MS事件的第一沖擊的幅度。在指定的測試水平下，兩種標準的等效性不能直接確立。

•對于MB要求，CS117的測試電平和限值與第22節（分別為3級和4級）的測試電平和限值是直接等效的。

測試要求和測試電平的分析

本節將涉及兩個主題，即PIN，CI和GI注入方法之間的相關差異，以及相應案例的分析。案例研究將比較PIN和CI方法應用于波形3,4,5A的場景。

探針注入與電纜感應

DO-160G第22節中規定的注入方法或測試類型基本上分為兩類：探針注入和電纜束（測試）。

在探針注入測試的情況下：

•EUT必須“通電”，脈沖施加在有電或無電的引腳上。

•在指定的引腳和外殼之間施加正脈沖和負脈沖。

•信號發生器具有固定阻抗，即WF3為25Ω，WF4為10Ω，WF5A為1Ω。

•在OC和SC條件下用一定電平裝置校準發生器后，在測試期間可施加脈沖而不進行任何調整。

•在施加脈沖時監控電壓和電流，以確認是否發生波形變化或電介質擊穿。

電壓校準在測試體的末端執行，如圖1所示，以確保在測試期間不在校準點和EUT接口之間添加額外的阻抗。

 

圖1. PIN電壓校準。

如圖2所示，使用和連接到信號發生器一樣的電纜和端子，可以使用具有最短分流的短路進行電流校準。信號發生器裝置必須保持和電壓校準所需的裝置一樣。短路電流的測量允許計算信號發生器的有效阻抗。

圖2. PIN電流校準

 

執行測試時，校準點必須直接連接到EUT引腳上。該測試僅在共模模式下進行，如圖3所示。

 

圖3.簡化的PIN測試設備。

 

當存在有源引腳時，需要額外的保護元件以防止EUT電源損壞信號發生器。同樣的，電源與測試脈沖解耦也需要保護的元件。 這些元件在圖中沒有給出，因為它們與要比較內容的相關性相對講是較低的。

當與CI和GI方法相比較時，一個重要的方面是該注入方法不需要接地平面。

在電纜束（CI和GI方法）測試的情況下：

• EUT必須在測試期間全功能運行，連接所有子系統，通電和通信。

• 正負脈沖在帶耦合器的電纜束中被感應，或注入到接地點和EUT外殼之間。

•   信號發生器不一定需要具有固定的輸出阻抗，在測試期間需監控電流和電壓波形。

•   在測試期間，必須達到指定的測試電平，并且注入的波形必須達到該測試電平?？梢栽黾有盘柊l生器裝置以達到已建立的測試電平。

•   在施加電壓波形時，必須在增加信號發生器裝置的同時監控電流。為了避免EUT過載，規定了電流限值，如果在達到電壓測試電平之前達到此限值，必須停止測試，并且用電流波形測試代替電壓波形測試。施加電流波形時亦使用相同的原理。

•   對于波形1，2，3和6，推薦使用CI方法，而對于波形4和5A，GI是“首選”方法。需要進行分析以便為不同配置建立其等價性。

 

圖4.簡化的CI電壓校準裝置示例。

 

在圖4和圖5中給出了用于CI方法的簡化校準裝置，針對波形3給出了示例。在耦合器的輸出處執行校準，因此認為雷電沖擊的入口點可以位于電纜束。這在現實中是可以實現的。盡管第22節規定了實際測試設置的接地層，但在校準設置中不予考慮。地平面的影響在校準期間當有快速上升時間的波形時將更清晰，因為接地平面的存在可能影響注入和校準環路的高頻阻抗。然而，在CS117中也出現相同的簡化校準裝置。

 

圖5.簡化的CI電流校準裝置示例。

在圖6中，給出了使用CI方法的測試裝置的示例。第22節要求在施加脈沖時進行電壓和電流監測。此外除非另有規定，接地平面和電纜束之間應保持最小為5厘米的絕緣層。EUT，以及輔助設備或LISN，應放置在絕緣支架上。

 

圖6.簡化的CI測試裝置示例。

與PIN測試（其中校準點直接應用于EUT接口）相比，CI測試通過電纜束將測試信號施加到接口。

 

圖7.電纜束的簡化傳輸線模型。

EUT和電流監測探頭（d1）之間的距離應在5~15cm范圍內，而監測探頭和注入變換器（d2）之間的距離應在5~50cm范圍內。在這方面，另一個重要參數是電纜束的長度，第22節建議長度不小于3.3m，不大于15m。為了更好地評估在直接注入接口處和經由電纜束注入之間的差異，將考慮電纜束中的電纜的傳輸線模型（圖7）。

為了簡化演示的效果，只考慮共模電容和每個導體的串聯電感（分布參數），不考慮互感和差模電容。

已經對接地平面上的殼線進行了電感和電容的測量，以確定哪個效應是主要的。結果示于表X中。預期電纜束的電感將是主要效應，但電容效應也在降低電纜束的EUT和AE端的電壓中起作用。

X.地上方1線的電感和電容

長度	橫截面	高度	電容（估計）	電感（估計）
3.3m	1.5mm2	5 cm	40 pF	2μH
15m	1.5mm2	5 cm	120 pF	14μH

此外，電纜束中電線的接地電容和串聯電感隨著EUT和輔助設備之間的電纜長度而增加。隨著電壓信號朝向EUT或AE行進，電壓振幅預期會減小。然而，EUT側（靠近耦合器）的電壓幅度預期高于AE側的電壓幅度（電纜束到耦合器的長度更長）。

 

圖8.使用15 m電纜束的測試裝置。

將考慮以下情況：

XI. 實驗裝置情況。

	d1	d2	l	h	ZT
情形1	5cm	5cm	3.3m	5cm	OC
情形2	5cm	5cm	3.3m	5cm	SC
情形3	15cm	50cm	15cm	5cm	OC
情形4	15cm	50cm	15cm	5cm	SC

測量如下進行：

•   開路和短路中的校準是在測試電平600V下進行。

•   依據CS117，波形3、1MHz、600V用作測試電平1。

•   信號發生器已在開路和短路條件下校準。在整個測試期間保持用相同的信號發生器。

•   電纜束和接地平面之間為5cm絕緣，μr≈2。

•   對兩個電纜束進行了測試和測量。第一束由4根電線組成，直徑1.8mm，長度3.3m，而第二束具有15m長度。選擇的長度反映了第22節建議的最小和最大尺寸。

•   在情況1和3（圖8）中，電纜束的末端是開路的（對應于對地的高阻抗），而在情況2和4中，已經設置了對地短路（對應于對地的低阻抗）。

測量結果其峰值示于表XII中。

XII．案例1至4的測量結果。

	VEUT 終端	IEUT	VAE 終端
情形1	519 V	n/a	213V
情形2	n/a	30A	n/a
情形3	~ 505 V	n/a	~ 107 V
情形4	n/a	12.4 A	n/a

圖9. EUT側旁情形1中測得的WF3電壓。

 

圖10.在AE側旁情形3中測得的WF3電壓。

可以得出部分結論：

•在EUT高輸入阻抗的情況下，施加到EUT端子的電壓取決于電纜束的長度和主要電感。

•在EUT低輸入阻抗的情況下，電纜束中的電流隨著束的長度增加而減小。

•在情形2和4中，電纜束的電感阻止信號發生器輸送的所有電流流過，因此在耦合器輸出端測量的電壓可能保持較高。在這里不對這種現象做出解釋，因為它需要更詳細的數據。

•按情況1和3中已經測量了耦合器兩側的電流。由于對地的電容耦合，按情形3在耦合器輸出到輔助設備處測得高達10 A的電流。該值表示在校準期間測量的短路電流的10％以上，表明在長電纜束的情況下對地的電容效應是顯著的。

•在EUT端和AE / LISN端測量的電流具有相似的波形和幅度。因此，在表XII中僅包括IEUT是可接受的。

•在情形1和2中，電壓（圖9所示）和電流波形都類似于校準波形。然而，在情形3（圖10所示）和4中，可以注意到有顯著的疊加振蕩，這表明長的電纜束可以形成諧振電路。在所有情形下，可使用DO-357（第22節用戶指南）的流程來評估峰值。諧振現象是常見的，并且對于電纜束的情況不需要額外的論證。

結論

本文介紹了兩組比較，即第22節PIN測試電平和CS117 CI測試電平之間比較，以及第22節CI測試電平和CS117 CI測試電平之間比較。

一般來說，CS117測試電平代表來自第22節針對PIN或CI簡單沖擊要求的3級和4級。

波形2和3的CI要求類似于對于電平3和4處的MS事件的SS和首次沖擊。

在電纜感應測試的情況下，當EUT和測量探頭之間的距離達到最?。?cm），并且注入探頭和測量探頭之間的距離最?。?cm）時，使得注入（電流）幅度和EUT連接器上幅度有最小差值。

這CS117特別專注于電流波形。這表現在如下事實上，即MS要求的規范，和下降的測試電平總是用電流表示（但波形3通常認為是電壓波形）。

在CS117中通過CI測試來涵蓋PIN需求的主張大多是可驗證的。然而，測量表明，在最差情況下施加到EUT端子的電壓（耦合器離EUT輸入65cm遠）減少了大約16％（在耦合器上施加600V，在EUT輸入處測量得505V）。這種現象是正常的，并且再現了耦合到電纜束中的雷電沖擊的實際情況。但是，如果必須使用CI方法在EUT輸入端驗證某個測試電平，則必須增加信號發生器框架以補償電纜束的阻抗。電壓和/或電流的必要增加取決于電纜束的阻抗。如果超過極限電平，增加測試電平可能導致過度測試。

對于其他波形，測試電平和電纜束，測試信號發生器中必要的能量儲備可能是不同的。