29-EFT.WP.TBN.Measurement v1.0 | 第3章 采集前端与时基（ADC/触发/时标）

第3章 采集前端与时基（ADC/触发/时标）

一句话目标：定义采集前端（ADC/AFE）与触发/时标/参考的一致性与误差口径，给出相位/频率与到达时两口径量测的可计算、公设与流程，使原始量测可追溯、可比对、可落盘。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 前端与通道：AFE={gain, BW, ENOB}, ADC={Fs, N, jitter_rms}, anti_alias={f_c, ENBW}，多通道 MIMO/差分采集配置。
   • 触发与时标：trig={type∈{ext,int,pps,twoway}, jitter_rms}, 参考时标 tau_mono/ts，参考钟 refclk 与 offset/skew/J 先验。
   • 被测信号：x(t)（I/Q 或脉冲/时间戳），名义频率 f_ref，量测窗 W=[ts-Δt, ts]，窗函数 w(t)。
2. 输出
   • 规范化原始量测：raw = {samples, meta}，含单位/量纲/口径/窗/带宽；
   • 前端与时标一致性报告、S_phi/S_y/sigma_y 估计前的校核参数；
   • 两口径到达时准备量：T_arr^{form1/form2} 所需的采样/时标一致性与delta_form的前端误差分量。
3. 边界
   聚焦采集链（AFE/ADC/触发/时标/参考），算法与统计在第4–5章；路径/环境修正在第6–7章。

II. 名词与变量

• 采样与量化：Fs（采样率），Ts=1/Fs，N（位宽），ENOB，q=V_FS/2^N（量化步距）。
• 抖动与触发：采样抖动 t_j，触发抖动 t_trig，参考 refclk 偏差 offset、斜率 skew 与噪声 J(t)。
• 噪声与带宽：前端等效输入噪声 V_n，抗混叠 f_c，RBW/ENBW（窗与谱估计带宽）。
• 到达时与路径：T_arr, c_ref, n_eff(f,x), gamma(ell), delta_form。
• 量纲示例：unit(Fs)=[1/T], unit(t_j)=[T], unit(S_phi)="rad^2/Hz", unit(T_arr)=[T]。

III. 公设 P503-*

• P503-1（时标锚定）：所有采样时间戳必须映射到统一计算时标 tau_mono，发布于 ts；offset/skew/J 必落盘。
• P503-2（测度显式）：采集与评估需显式 W、w(t) 与 RBW/ENBW；所有积分按 ( ∫_{t∈W} · dt )、( ∫_{f∈B} · df ) 记。
• P503-3（量纲合规）：进入方程之 Fs/ENOB/jitter/offset/skew/J 等必须 check_dim( y - f(x) ) 通过；dB↔线性、rad↔cycle 换算入 scale.note。
• P503-4（通道一致）：多通道/差分采集需给出跨通道偏置/相位/延时，并将其纳入不确定度与契约。
• P503-5（两口径配套）：为 T_arr^{form1/form2} 的积分提供一致时标与采样公差；后续断言 delta_form ≤ tol_Tarr。

IV. 最小方程 S503-*

1. 采样抖动对相位与频率的等效噪声

• S503-1（小抖动近似）：采样时刻 t_n = nTs + t_j(n)，对载频 f_c 的相位误差
  φ_j(n) ≈ 2π f_c t_j(n)；若 t_j 为白噪，S_phi,j(f) ≈ (2π f_c)^2 S_tj(f)。
• S503-2（频率偏差谱）：S_y,j(f) = ( f / 2π f_ref )^2 S_phi,j(f)（见第2章）。

2. 量化与前端等效噪声

• S503-3（量化噪声功率密度，均匀量化）：N_q ≈ q^2/12（带内），等效 SNR_q ≈ 6.02N + 1.76 (dB)；ENOB = (SNR_meas - 1.76)/6.02。
• S503-4（前端噪声折算到相位）：S_phi,AFE(f) ≈ S_v(f) / (k_v A)^2（k_v 为鉴相器/解调相位常数，A 为载波幅度）。

3. 触发与参考一致性

• S503-5（对时映射）：t_rx = (1+skew) t_tx + offset + J(t)；
  触发误差对到达时的贡献：ΔT_trig ≈ t_trig,rms（均方意义）。
• S503-6（PPS/Two-Way 偏置）：往返测时 τ_loop = τ_fwd + τ_rev，偏置 offset ≈ (τ_fwd - τ_rev)/2（对称假设近似）。

4. 抗混叠与带宽一致

• S503-7（RBW/ENBW）：周期图 Δf ≈ 1/Δt，Ŝ(f) = P(f)/ENBW；ENBW 由 w(t) 决定，发布需明示。
• S503-8（带外泄露修正）：旁瓣泄露 L_sidelobe 进入 u(Ŝ) 与契约 C50-2x 的窗/带宽门。

5. 两口径到达时准备量

• S503-9：保持采样时间对 T_arr 的共识时标，并输出给第6章：
  T_arr^{form1} = ( 1 / c_ref ) ( ∫_{gamma} n_eff d ell )，
  T_arr^{form2} = ( ∫_{gamma} ( n_eff / c_ref ) d ell )，
  记录前端误差分量对 delta_form 的贡献 u(delta_form | front-end)。

V. 计量流程 M50-3（就绪→采集→校核→落盘）

1. 就绪
   绑定 refclk 与 tau_mono/ts；记录 ADC/AFE 规格，设置 W,w(t),RBW/ENBW；冻结 RefCond（源/版本/哈希/有效期/覆盖）。
2. 采集
   同步触发与采样；记录 t_j/t_trig 与跨通道偏置；获取 raw.samples 与 meta。
3. 校核
   • 估计 S_phi,j/S_y,j 与量化/前端噪声；计算 ENBW 校正；验证对时模型 t_rx=(1+skew)t_tx+offset+J(t)；
   • 产出 S_phi/S_y/sigma_y 的前端可达精度与 CRLB 对比；
   • 为 T_arr 两口径提供一致时间轴与前端误差预算 u(delta_form|front-end)。
4. 落盘
   manifest.tbn.frontend = {ADC:{Fs,N,ENOB,jitter}, AFE:{gain,BW,ENBW}, trig:{type,jitter}, refclk:{offset,skew,J_model}, window:{Δt, w, RBW, ENBW}, spectra_guard:{S_phi,j,S_y,j}, sync_model, cross_channel:{delay,phase}, Tarr_support:{timebase, u(delta_form|front-end)}, RefCond, contracts.*, signature}。

VI. 契约与断言 C50-3x（建议阈值）

• C50-301（时标锚定）：|offset| ≤ offset_max，|skew| ≤ skew_max，|J|_p95 ≤ J_max。
• C50-302（采样/触发抖动）：t_j,rms ≤ t_j,max，t_trig,rms ≤ t_trig,max；超界降级或拒发。
• C50-303（ENOB/SNR）：ENOB ≥ ENOB_min 或 SNR_meas ≥ SNR_min。
• C50-304（RBW/ENBW 一致）：RBW/ENBW 与窗 w(t) 落盘一致，旁瓣泄露与分辨率门达标。
• C50-305（通道一致性）：跨通道延时/相位偏置 ≤ τ_ch,max / φ_ch,max。
• C50-306（两口径配套）：delta_form_p95 ≤ tol_Tarr 的前端贡献满足预算；若不满足必须扩大 guardband 或重采。

VII. 实现绑定 I50-3*（接口原型、输入输出、不变量）

• I50-31 acquire_timing(frontends, refs, cfg) -> {raw:{samples,meta}, status}
• I50-32 characterize_jitter(raw, Fs, f_c) -> {t_j_rms, S_tj(f), meta}
• I50-33 correct_enbw(spectrum, window_fn) -> {Ŝ(f), ENBW, meta}
• I50-34 check_trigger_sync(trig, timestamps) -> {offset, skew, J_model, pass}
• I50-35 cross_channel_align(streams) -> {delay, phase, u, pass}
• I50-36 frontend_to_twoform_budget(meta) -> {u(delta_form|front-end), report}
• I50-37 emit_frontend_manifest(results, policy) -> {uri, status}
  不变量：two_forms_present=true；check_dim(*) 通过；RefCond/hash 可追溯；窗口/带宽与窗函数落盘。

VIII. 交叉引用

• 第2章（数学基线 S_phi/S_y/sigma_y 与 T_arr 两口径）；第4–5章（估计器与 Allan 家族）；
• 第6–7章（链路时延与环境修正）；TimeBase/Sync（对时模型与 offset/skew/J）；Instrument（回环/对等校准）；
• PathCorrection/Packets/PathRedshift（路径与传播两口径、频散/FSO/世界线）。

IX. 质量与风控

• SLI/SLO：offset/skew/J_p95, t_j,rms, ENOB/SNR_min, RBW/ENBW 合规率, cross_channel_bias, delta_form_p95 前端份额。
• 回退策略：触发/参考不稳→更换源或重对齐；ENOB/SNR 不足→降带宽/加窗/加平均；t_j 超限→时钟清洁或外部采样；两口径预算超限→扩大 guardband 并重建路径/环境参数。
• 审计：采集与同步配置、源 hash、校核报告与证据 URI、清单签名链与回放脚本。

小结

• 本章确立采集前端与时标的工程口径：时标锚定、抖动与量化、RBW/ENBW、跨通道一致与两口径配套；
• 以 M50-3/C50-3x/I50-3* 与 manifest.tbn.frontend 为锚，保证后续相位/频率估计、到达时两口径积分与运行发布的一致、可追溯与可审计。