22-EFT.WP.Metrology.Instrument v1.0 | 第8章 触发、采样与时基（与 TimeBase 对齐）

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第8章 触发、采样与时基（与 TimeBase 对齐）

一句话目标：统一仪器层的触发口径、采样与时基表达，给出 Fs/T_s/T_ap/J/offset/skew 的可计量定义与流程，并与《TimeBase》卷在 tau_mono/ts、T_arr 两口径上严格对齐与落盘。

I. 范围与对象

1. 范围
   • 触发：模拟/数字/光电触发，阈值/窗/模式触发，预触发/后触发与重臂（rearm）。
   • 采样：S/H 光圈 T_ap、采样率 Fs、过采样/抽 decimation、抗混叠 AA(f)。
   • 时基：样本时间标注语义、offset/skew/J 估计与与 tau_mono → ts 映射。
2. 对象
   单/多通道同步采样；跨设备对时；含硬件/软件/混合时间戳链路。
3. 产出
   Fs, T_s, T_ap, J, offset, skew, t_k 标注语义、AA(f)、decim(R, H_aa)，以及 manifest.instrument.time.*。

II. 名词与变量

• 采样与时基：Fs，T_s = 1 / Fs，tau_mono，ts，offset，skew，J（rms jitter），phi_clk(t)（相位），S_phi(f)（相噪谱）。
• 触发：t_trig（触发时刻，aperture-center 语义），th（阈值），hys（迟滞），dead_time，rearm。
• 光圈与时间标注：T_ap（aperture width），t_k_ap_center（第 k 样本的光圈中心时间）。
• 频率边界：f_N = Fs / 2，AA(f)（抗混叠幅度响应），R（抽 decimation 因子）。
• 到达时：T_arr 两口径，delta_form，路径 gamma(ell) 与测度 d ell。
• 单位与量纲：unit(Fs)="Hz", unit(T_s|T_ap|J|offset|skew·T)= "s"；check_dim(all)。

III. 公设 P708-*

• P708-1（样本时间语义一致）：样本时间标注采用 aperture-center 口径：t_k = t_k_ap_center；若发布边沿口径需显式声明并给出换算。
• P708-2（抗混叠前置）：任何降采样 ↓R 前必须应用 H_aa，并记录等效群时延 tau_filt。
• P708-3（时基对齐优先）：内部计算在 tau_mono，对外以 ts 发布，并携带 offset/skew/J。
• P708-4（抖动预算）：在规格频点 f_in_max 下，抖动诱导 SNR_j 不得低于门限；J 必须作为计量量发布不确定度。
• P708-5（触发可复现）：触发时间走动（time-walk）与重臂时间需标定并在清单中声明。
• P708-6（到达时一致）：涉及事件到达时的采样/门控，必须并行记录 T_arr 两口径与 delta_form。
• P708-7（跨设备对时）：跨设备同步以《TimeBase》卷的 sync_ref 为锚，offset/skew/J 以统一算法估计与发布。

IV. 最小方程 S708-*

• S708-1（采样与时间映射）
  T_s = 1 / Fs；t_k_ap_center = t_0 + k * T_s；
  t_k( tau_mono ) = tau_0 + offset + ( 1 + skew ) * k * T_s + epsilon_k，其中 epsilon_k 为零均值抖动，std(epsilon_k) = J。
• S708-2（Nyquist 与抗混叠）
  f_N = Fs / 2；抽取前低通满足 |AA(f)| ≤ attn_stop 对 |f| ≥ f_N / R。
• S708-3（抖动限制的 SNR 与 ENOB）
  SNR_j(dB) = - 20 * log10( 2 * pi * f_in * J )；
  ENOB_j = ( SNR_j - 1.76 ) / 6.02（正弦输入口径）。
• S708-4（光圈等效）
  x_meas[k] = ( 1 / T_ap ) * ( ∫_{t_k - T_ap/2}^{t_k + T_ap/2} x(t) dt )；
  等效为理想采样后与 sinc 滤波卷积，群时延近似为 T_ap / 2（需在清单声明是否补偿）。
• S708-5（重采样与抽 decimation）
  带限重建：x_hat(t) = ( ∑_k x[k] * sinc( Fs * ( t - t_k ) ) )；
  抽取：x_R[n] = ( x * h_aa )[ n R ]，其中 h_aa 为 AA(f) 的时域实现，群时延 tau_filt = (L-1)/2 * T_s（线性相位 FIR 口径）。
• S708-6（到达时两口径复述）
  T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) 与 T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )；
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。

V. 计量流程 M70-8（触发→采样→时基→重采样→一致化→落盘）

• 就绪与配置
  设定 mode ∈ {edge, window, pattern}, th/hys, N_pre/N_post，Fs 与 RefCond；选择 AA(f) 与 R。
• 时基对齐
  依据《TimeBase》第5–8章，测量 offset/skew/J 与 Fs_meas；确定样本时间映射 k → tau_mono；记录时间戳链路（硬件/软件/混合）与延迟预算。
• 触发表征
  扫幅/扫斜率测 time-walk 曲线与 t_trig 分布；测 dead_time/rearm；产出 u(t_trig) 与覆盖区间 U = k * u_c。
• 光圈与抖动
  估计 T_ap（脉冲法/边沿法），测 J（零交叉/相位噪声映射），计算 SNR_j(f_in_max) 与 ENOB_j。
• 抗混叠与抽取
  设计/加载 H_aa，校核通/阻带指标与群时延；执行 ↓R，补偿 tau_filt，并在 tau_mono 上重标注样本时间。
• 到达时一致化
  对事件门控/时间门测量，计算 T_arr 两口径与 delta_form，并与路径 gamma(ell) 记录。
• 契约与回退
  执行 C70-8*；失败则降低 f_in_max、提高 R 或退回上版 Fs/AA 组合，记录影响面。
• 落盘与签名
  输出 manifest.instrument.time.*：Fs/Fs_meas/T_s/T_ap/J/offset/skew、触发特性、AA/decim、T_arr/delta_form、不确定度与签名。

VI. 契约与断言 C70-8*

• C70-81 ts.monotone：样本时间严格单调：t_{k+1} - t_k > 0。
• C70-82 fs.tolerance：| Fs_meas - Fs_nom | / Fs_nom ≤ tol_Fs。
• C70-83 jitter.bound：J_p95 ≤ J_max 且 SNR_j(f_in_max) ≥ snr_min。
• C70-84 aperture.spec：| T_ap - T_ap_nom | ≤ tol_ap，并声明是否补偿 T_ap/2 群时延。
• C70-85 aa.spec：ripple_pass ≤ rp_max_dB，attn_stop ≥ as_min_dB，tau_filt 稳定且已补偿。
• C70-86 decim.alias：抽取后混叠能量比 alias_ratio ≤ tol_alias。
• C70-87 trigger.walk：max| dt/dA | ≤ walk_slope_max，rearm ≤ rearm_max。
• C70-88 sync.crossdev：跨设备 |offset| ≤ off_max，|skew| ≤ skew_max。
• C70-89 arrival.forms：delta_form ≤ tol_Tarr。
• C70-8A dim.check：check_dim(all)=true。

VII. 实现绑定 I70-8*（接口原型）

• configure_trigger(instr, mode, th, hys, pre, post) -> cfg
• measure_trigger_latency(instr, sweep) -> {t_trig_stats, walk_curve, dead_time, rearm}
• estimate_timebase(ds, sync_ref) -> {Fs_meas, offset, skew, J, tau_map}
• measure_aperture(ds, method) -> {T_ap, U}
• design_aa_filter(Fs, spec) -> H_aa, tau_filt
• decimate(ds, R, H_aa, tau_filt) -> ds'
• resample_to_tau(ds, tau_map, semantics="aperture-center") -> ds_tau
• compute_snr_jitter(f_in, J) -> SNR_j_dB, ENOB_j
• enforce_arrival_time_convention(ds) -> ds_with_Tarr（并出 delta_form）
• assert_time_contracts(ds, rules) -> report
• emit_time_manifest(results, policy) -> manifest.instrument.time
  不变量：样本顺序与时间标注一致；AA 与 R 匹配；offset/skew/J 来源与算法明示；tau_mono/ts 字段齐全。

VIII. 交叉引用

• 时基建模与抖动：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》第2、6、7、8章。
• 时间戳链路与延迟预算：见《TimeBase》第4章；同步协议与伺服：见《TimeBase》第5章。
• 到达时清洗与发布契约：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》第5、6、10章。
• 分布式同步与拓扑：见《EFT.WP.Metrology.Sync v1.0》第5、11章。

IX. 质量与风控

• SLI/SLO
  Fs_error_ppm_p95, J_rms_p95, offset_p95, skew_p95, alias_ratio_p95, trigger_timewalk_p95, latency_p99。
• 漂移监测
  ΔFs/Δt, ΔJ/Δt, Δoffset/Δt 与温度/负载协变量；突变触发复标定。
• 回退策略
  降带宽/升 R、切换更强 AA(f)、改为硬件时间戳、启用对时冗余或进入 holdover；保留影响评估与再发布窗口。

小结