36-EFT.WP.EDX.Current v1.0 | 第14章 仿真栈与基准算例（Methods.SimStack）

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第14章 仿真栈与基准算例（Methods.SimStack）

I. 章节目标与结构

1. 目标：构建多尺度仿真栈（SimStack），在统一口径下完成从netlist/layout/binding到Z_eft(omega)、T_arr、w_p、核K_{·}的前向计算—反演—校核—发布全流程；提供可复现实验对齐与基准算例库。
2. 结构：仿真栈分层 → 公共口径与记录 → 数值方法与稳定性 → 基准算例库 → 仿真—实验对齐流程 → 可证伪准则 → 数据结构与导出 → 合规模板 → 对应与退化 → 跨章指引与小结。
3. 共享口径（两式等价，显式路径/测度并记录delta_form）：
   • 常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • 一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )

II. 仿真栈分层（自底向上）

1. Physics Core（S20/S40/S50）：
   • S20-*：连续性/功率守恒与有效导通最小式；
   • S40-*：因果核卷积与路径加权；
   • S50-*：阻抗映射Z_eft = Z_ref + ΔZ_T (+ ΔZ_rad)。
2. Path Engine（I30/Ch.8）：
   layout ↔ gamma(ell)绑定；离散化{Δell_i, n_eff(i)}；多路径权重w_p(omega)。
3. Boundary & Radiation：
   辐射正实修正ΔZ_rad(omega)，保持Re{ΔZ_rad}≥0与K–K一致。
4. Solvers：
   频域解算（稀疏线性/FFT 卷积）与时域卷积（可选）；稳健求导∂Z/∂θ与灵敏度分析。
5. UQ & Inversion（Mx-*）：
   似然/先验/证据、HMC/NUTS 或 SMC、PPC。
6. I/O & Cards：
   数据/模型/管线卡，arrival与qa_gates强制字段；版本化与可复现种子。

III. 公共口径与记录（强制）

• 到达时：两口径其一，显式记录gamma(ell)、d ell、c_ref与delta_form。
• 单位与量纲：SI；关键等式check_dim=pass。
• 被动与因果：Re{Z_eft}≥0，K–K 一致；核谱无右半平面极点。
• 路径权重：w_p≥0, Σ_p w_p ≤ 1；相干窗内相干叠加，窗外能量合成。
• 同步改正：相位按arg Z_corr(omega) = arg Z(omega) - ( omega · Δt_sync )处理。

IV. 数值方法与稳定性

1. 频域核卷积：J_T = ( K_s ⊛ ∇T_fil ) + ( K_t ⊛ ∂T_fil/∂t ) → 频域乘法与窗函数带限；对K_{·}(ω)施加平滑/带限先验，禁止右半平面极点。
2. 离散到达时：
   • n_over_c：T_arr ≈ (1/c_ref) * Σ_i n_eff(i)·Δell_i；
   • one_over_c_times_n：T_arr ≈ Σ_i ( n_eff(i)/c_ref )·Δell_i。
3. 网格与带宽：频点N_ω与带宽B_ω由相干窗与目标相位线性误差E_phase设定；推荐数值门：|d^2 arg Z / dω^2| < κ_phase。
4. 稳定性策略：对白化后的残差做谱平坦度检查；对病态灵敏度参数采用正则或重参数化（如log σ_eff）。
5. 并行与缓存：按路径/频点并行；核/权重与几何缓存，避免重复卷积。

V. 基准算例库（最小可复现）

• SIM-01｜路径切换 A/B（P1/P3）：等长双走线，仅改变护线/回流；目标：验证Δarg Z(ω)线性平移与ΔT_arr一致。
• SIM-02｜介质小扰动（P2）：恒定布局，温度缓扫；目标：|Z|与arg Z平滑重整化，无非因果尖峰。
• SIM-03｜边界不连续/辐射门（EMI）：参考面缝隙/长悬空支路；目标：Re{ΔZ_rad}单调非负，近/远场下降随封堵发生。
• SIM-04｜高速过孔/平面跨接（HF）：via 桩长/参考面切换；目标：w_side(ω)上升与E_phase/GDR恶化趋势。
• SIM-05｜连接器/Launch 过渡：模式转换抑制；目标：Z_c(ω)偏差下降与ΔW减小。
• SIM-06｜电缆耦合（CM）：缆束回流策略；目标：I_CM与近场热点与γ_side(cable)权重一致变化。

每个算例均配：netlist/layout/binding、arrival、qa_gates、目标门限与参考输出（用于回归）。

VI. 仿真—实验对齐流程（I30-3 / M10）

• 端口一致化：map_ports(ports_sim, anchors)；
• 去嵌：apply_deemb(dataset, deemb, baseline_id)；
• 时间基：time_align(dataset, sync)；
• 路径改正：path_correct(dataset, binding)；
• QA 门：check_dim、被动性、K–K。
  输出即Z_eft(ω)、T_arr、w_p，可直接用于S40/S50核反演与设计规程验收。

VII. 可证伪准则（仿真侧）

• F1：对 SIM-01，仿真与实测Δarg Z(ω)斜率偏差|k_φ^{sim}-k_φ^{meas}| ≤ 3·u(k_φ)；失败即否决路径/权重或核设定。
• F2：对 SIM-02，T_arr(T)为单调可导曲线，且Re{Z_eft}≥0、K–K 通过；否则否决n_eff(ω,T)先验。
• F3：对 SIM-03，封堵缝隙后min(Re{ΔZ_rad})不变或上升视为失败（应下降或保持非负并收敛）。
• F4：PPC 残差在预注册频带内须近白；出现显著频谱结构即否决当前模型。
• F5：两种T_arr口径反演所得关键派生量（相位斜率/T_arr,eff）需在u(T_arr)内一致。

VIII. 数据结构与导出（最小模板）

simstack:

case_id: "SIM-01"

model_id: "EDX-Current-eft-ms"

freq_grid_Hz: [...]

layout_ref: "LAY-2025-001"

binding_ref: "LAY2PATH-xxxx"

deemb: {method:"TRL", version:"1.2"}

sync: {dt_sync_s: 2.0e-12}

arrival:

form: "n_over_c" # or "one_over_c_times_n"

gamma: "explicit"

measure: "d_ell"

c_ref: 299792458.0

Tarr_s: 1.234e-09

u_Tarr_s: 6.0e-12

outputs:

Z_eft: {real: [...], imag: [...]}

argZ: [...]

weights: {w_main: [...], w_side: [...]}

qa_gates: {check_dim:"pass", passivity:"pass", KK:"pass"}

seed: 20250915

IX. 合规模板（可直接粘贴）

• 接口原型

api:

- id: "SimStack.build"

proto: "build(netlist, layout, binding, options) -> sim_handle"

- id: "SimStack.forward"

proto: "forward(sim_handle, theta, freq_grid) -> {Z_eft, T_arr_p, w_p}"

- id: "SimStack.invert"

proto: "invert(sim_handle, data, priors) -> posterior, logZ"

- id: "SimStack.ppc"

proto: "ppc(sim_handle, posterior) -> residual_spectrum, gates"

- id: "SimStack.export"

proto: "export(sim_handle, format:'cards|json') -> artifact"

• 高频群时延与相位线性

phi = argZ[ω1:ω2] # coherence window

T_group = grad(phi, omega)

E_phase = max_abs(phi - (omega*Tarr + phi0_opt))

GDR = max_abs(T_group - median(T_group))

assert E_phase <= E_phase_gate and GDR <= GDR_gate

X. 与经典框架的对应与退化

XI. 跨章指引与小结

• 依赖：S20-*、S40-*、S50-*、第8章、第12章、第13章、I30-*、M10-*、M20-*。
• 小结：本章将多尺度仿真、路径显式、核卷积、权重演化、辐射修正与统计反演集成为一体化的 SimStack，并以标准算例与强制记录字段确保可复现、可对齐、可证伪；据此，设计、测量与模型在同一语义与计量层闭环。