在時(shí)間同步硬件（如 NTP 服務(wù)器、PTP 從站、IRIG-B 碼發(fā)生器等）的電源波動(dòng)適應(yīng)性測(cè)試中，核心目標(biāo)是模擬實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的電源異常場(chǎng)景（如電壓驟升 / 驟降、跌落、中斷、紋波噪聲、頻率波動(dòng)等），驗(yàn)證硬件在這些場(chǎng)景下的時(shí)間同步性能（精度、穩(wěn)定性）、工作狀態(tài)（是否死機(jī) / 斷連）及恢復(fù)能力，確保其在復(fù)雜電源環(huán)境中仍能可靠運(yùn)行。

一、測(cè)試前的準(zhǔn)備工作

1. 明確測(cè)試依據(jù)與指標(biāo)

需先確定測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)和判定指標(biāo)，避免測(cè)試盲目性：

參考標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)先遵循國(guó)際 / 行業(yè)規(guī)范，如

IEC 61000-4-11（電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度）

IEC 61000-4-13（電壓波動(dòng)和閃爍抗擾度）

GB/T 17626.11（國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)電壓暫降測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)）

設(shè)備廠商標(biāo)稱的 “電源適應(yīng)范圍”（如 AC 100~240V、DC 12~48V，頻率 50/60Hz±5%）。

判定指標(biāo)：明確 “合格” 的量化標(biāo)準(zhǔn)，例如：

時(shí)間同步精度：波動(dòng)期間偏差不超過標(biāo)稱值的 120%（如 PTP 正常精度 ±1μs，波動(dòng)時(shí)≤±1.2μs）；

硬件狀態(tài)：無(wú)死機(jī)、無(wú)同步斷連、無(wú)報(bào)文丟失（NTP/PTP 報(bào)文丟包率≤0.1%）；

恢復(fù)能力：電源恢復(fù)后，1s 內(nèi)同步精度回歸正常范圍。

2. 搭建測(cè)試環(huán)境

需準(zhǔn)備核心設(shè)備并排除外部干擾，確保測(cè)試結(jié)果可靠：

3. 基準(zhǔn)測(cè)試（正常電源下）

在正式測(cè)試前，先在標(biāo)準(zhǔn)電源條件下運(yùn)行硬件（如 AC 220V±5%、50Hz；DC 24V±5%），連續(xù)監(jiān)測(cè) 30 分鐘，記錄以下 “基準(zhǔn)數(shù)據(jù)”，作為后續(xù)波動(dòng)測(cè)試的對(duì)比依據(jù)：

時(shí)間同步精度（如平均精度、最大偏差）；

同步報(bào)文丟包率（NTP/PTP）；

硬件 CPU 負(fù)載、溫度等工作參數(shù)。

二、核心測(cè)試項(xiàng)目與具體方法

電源波動(dòng)的場(chǎng)景需覆蓋 “穩(wěn)態(tài)波動(dòng)”（如電壓偏差、頻率波動(dòng)）和 “瞬態(tài)波動(dòng)”（如驟升 / 驟降、跌落、中斷、浪涌），不同場(chǎng)景的測(cè)試方法存在差異，具體如下：

1. 穩(wěn)態(tài)電源波動(dòng)測(cè)試（長(zhǎng)期持續(xù)的偏差）

針對(duì)電源長(zhǎng)期處于 “非標(biāo)準(zhǔn)電壓 / 頻率” 的場(chǎng)景（如偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)電壓偏低、工業(yè)車間電壓負(fù)載波動(dòng)），驗(yàn)證硬件的長(zhǎng)期適應(yīng)性。

2. 瞬態(tài)電源波動(dòng)測(cè)試（短期突發(fā)的異常）

針對(duì)電源突然出現(xiàn)的短時(shí)異常（如電機(jī)啟停導(dǎo)致的電壓跌落、雷擊導(dǎo)致的浪涌），驗(yàn)證硬件的抗干擾能力和恢復(fù)能力，是測(cè)試的核心重點(diǎn)。

（1）電壓驟升 / 驟降測(cè)試

模擬電源電壓在短時(shí)間內(nèi)快速變化（如 100ms 內(nèi)從 220V 降到 176V），常見于工業(yè)負(fù)載切換場(chǎng)景。

模擬參數(shù)：

驟降幅度：標(biāo)稱電壓的 30%、50%、70%（如 220V→154V、110V、66V）；

驟升幅度：標(biāo)稱電壓的 10%、20%（如 220V→242V、264V）；

持續(xù)時(shí)間：10ms、100ms、1s（覆蓋 “短時(shí)”“長(zhǎng)時(shí)” 瞬態(tài)）。

測(cè)試步驟：

先恢復(fù)電源至標(biāo)稱值，確保硬件處于正常同步狀態(tài)；

用可編程電源觸發(fā) “驟降 / 驟升” 事件（通過示波器確認(rèn)波形是否符合設(shè)定）；

在 “波動(dòng)期間” 和 “波動(dòng)恢復(fù)后（10s 內(nèi)）”，高頻采集同步精度（采樣率≥10 次 / 秒）；

記錄是否出現(xiàn)同步斷連、精度超差，以及恢復(fù)時(shí)間；

遍歷所有 “幅度 + 持續(xù)時(shí)間” 組合，重復(fù)測(cè)試 3 次（確保結(jié)果可重復(fù)）。

（2）電壓跌落與中斷測(cè)試

電壓跌落：電壓降至標(biāo)稱值的 10%~30%（幾乎無(wú)輸出），持續(xù)時(shí)間 10ms~1min（如電網(wǎng)瞬時(shí)故障）；

電壓中斷：電壓降至 0V，持續(xù)時(shí)間 10ms~100ms（如斷路器切換）。

測(cè)試步驟：

模擬 “跌落 / 中斷” 事件，記錄硬件在 “掉電期間” 是否保持同步（如依賴備用電容供電的時(shí)鐘模塊）；

電源恢復(fù)后，監(jiān)測(cè)同步精度的恢復(fù)時(shí)間（如從偏差 10μs 回歸到 ±1μs 的時(shí)間）；

重點(diǎn)驗(yàn)證：中斷后硬件是否需要重新初始化同步（如 NTP 重新握手、PTP 重新建立主從關(guān)系），以及初始化耗時(shí)。

（3）電源紋波與噪聲測(cè)試

電源輸出并非純直流 / 正弦波，存在紋波（周期性波動(dòng)）和噪聲（隨機(jī)干擾），可能影響時(shí)鐘芯片的供電穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致同步精度漂移。

模擬參數(shù)：

紋波幅度：直流電源標(biāo)稱值的 1%~5%（如 24V DC→疊加 0.24V~1.2V 紋波）；

紋波頻率：100Hz（工頻倍頻）、1kHz、10kHz（覆蓋常見干擾頻率）；

噪聲：疊加峰峰值 50mV~200mV 的隨機(jī)噪聲。

測(cè)試步驟：

在可編程電源中疊加設(shè)定的紋波 / 噪聲，用示波器確認(rèn)波形；

連續(xù)監(jiān)測(cè) 1 小時(shí)，記錄同步精度的波動(dòng)范圍（如正常時(shí) ±0.5μs，紋波下是否≤±1μs）；

對(duì)比無(wú)紋波時(shí)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，判斷紋波對(duì)同步精度的影響程度。

（4）浪涌與脈沖群測(cè)試

針對(duì)雷擊、電網(wǎng)開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓脈沖（浪涌）或高頻脈沖群，驗(yàn)證硬件電源模塊的抗沖擊能力。

參考標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-5（浪涌）、IEC 61000-4-4（電快速瞬變脈沖群）；

模擬參數(shù)：

浪涌：電壓 ±2kV（線 - 地）、±1kV（線 - 線），波形 8/20μs（常見雷擊波形）；

脈沖群：電壓 ±2kV，頻率 5kHz，持續(xù)時(shí)間 1min；

測(cè)試步驟：

通過浪涌 / 脈沖群發(fā)生器向電源線路注入干擾；

監(jiān)測(cè)干擾期間硬件是否死機(jī)、同步是否中斷，以及干擾后是否能自動(dòng)恢復(fù)；

重點(diǎn)檢查電源模塊是否損壞（如保險(xiǎn)管熔斷、電容鼓包）。

三、測(cè)試后的數(shù)據(jù)分析與評(píng)估

測(cè)試完成后，需對(duì)采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，判斷硬件是否通過 “電源波動(dòng)適應(yīng)性測(cè)試”，核心評(píng)估維度如下：

同步精度達(dá)標(biāo)性：波動(dòng)期間的最大精度偏差是否≤判定指標(biāo)（如標(biāo)稱值的 120%）；

硬件穩(wěn)定性：測(cè)試全程無(wú)死機(jī)、無(wú)斷連、無(wú)報(bào)文丟失（丟包率≤0.1%）；

恢復(fù)及時(shí)性：電源恢復(fù)后，同步精度是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（如 1s）回歸基準(zhǔn)范圍；

硬件完整性：無(wú)電源模塊損壞、無(wú)元器件異常（如時(shí)鐘芯片燒毀）。

若某一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)（如電壓跌落 50% 時(shí)精度偏差超 3μs），需定位原因：

若為電源模塊濾波不足：可增加 EMC 濾波電容、電感；

若為時(shí)鐘芯片供電敏感：可增加 LDO（低壓差穩(wěn)壓器）優(yōu)化供電；

若為軟件未做容錯(cuò)：可增加同步報(bào)文重傳機(jī)制、時(shí)鐘漂移補(bǔ)償算法。

四、關(guān)鍵注意事項(xiàng)

測(cè)試順序：先進(jìn)行 “輕度波動(dòng)”（如電壓 ±10%），再進(jìn)行 “重度波動(dòng)”（如電壓中斷、浪涌），避免硬件過早損壞；

重復(fù)測(cè)試：每個(gè)波動(dòng)場(chǎng)景至少重復(fù) 3 次，排除偶然因素（如單次干擾未觸發(fā)異常）；

同步技術(shù)差異：PTP（微秒級(jí)）對(duì)電源波動(dòng)更敏感，測(cè)試時(shí)采樣率需更高（≥100 次 / 秒）；NTP（毫秒級(jí)）可適當(dāng)降低采樣率；

備用電源驗(yàn)證：若硬件自帶備用電池（如 RTC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘），需測(cè)試主電源中斷時(shí)，備用電源是否能維持時(shí)鐘運(yùn)行，避免同步基準(zhǔn)丟失。

通過以上系統(tǒng)性測(cè)試，可全面驗(yàn)證時(shí)間同步硬件在電源波動(dòng)場(chǎng)景下的可靠性，為其在實(shí)際場(chǎng)景（如工業(yè)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心）的部署提供依據(jù)。

審核編輯 黃宇