37-EFT.WP.EDX.HighSpeed 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：构建适用于高速场景的多层仿真栈（SimStack），在统一口径下完成从 netlist/layout/binding 与 3D-EM 工件到 Z_eft(omega)、T_arr、T_group、w_{p,m}(omega)、ΔZ_rad(omega) 的前向—反演—校核—发布全流程，并给出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/EM 对齐流程 → 可证伪准则 → 数据结构与导出 → 合规模板 → 跨章闭环。
3. 共享到达时两口径（等价，须显式 gamma(ell) 与 d ell 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（HF 专用，自下而上）

1. Physics Core（S20-HF/S30-HF/S50-HF）：
   • S20-HF：群时延与线性相位近似；S30-HF：alpha/beta/k 与幅/相色散；
   • S50-HF：Z_eft = Z_ref + ΔZ_T [+ ΔZ_rad]，Re{ΔZ_rad} ≥ 0 与 K–K 一致。
2. Path/Mode Engine（I30-HF / 第6章）：
   layout ↔ gamma(ell) 绑定；段级 {Δell_i, n_eff(i)}；w_{p,m}(omega) 与模态耦合 C(omega)。
3. Radiation Gate（第5章）：
   ΔZ_rad(omega) 估计与门控，近/远场与 I_CM 协同。
4. S↔Z & Normalization（第8章）：
   多端口 S→Z 映射与混合模归一；Znorm(omega)/Z_c(omega) 一致。
5. Solvers：
   频域稀疏/ABCD 组合与 FFT 卷积；稳定求导 ∂Z/∂θ 与对灵敏参数的正则化。
6. UQ & Inversion（Mx-*）：
   先验/似然/证据（拉普拉斯/嵌套采样），PPC 与不确定度传播到 KPI。
7. I/O & Cards：
   数据/模型/管线卡；arrival 与 qa_gates 强制字段；版本锁与可复现种子。

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/量纲：SI；关键等式 check_dim=pass。
• 被动/因果：Re{Z_eft} ≥ 0、K–K 一致；ΔZ_rad 若启用需 Re{ΔZ_rad} ≥ 0。
• 归一/混合模：S→Z 前统一 Znorm(omega) 与 T_mm/Z0_mm；映射后再次通过 passivity/KK。
• 相干窗 KPI：E_phase/GDR 合规，窗外能量合成。

IV. 数值方法与稳定性（HF 侧重点）

• 群时延/相位：同步改正后 T_group = d/domega(arg Z_eft)；线性相位拟合仅限窗口 Ω。
• 传播常数提取：beta ≈ unwrap(arg Z_eft)/L（近似）或由传输/3D-EM 提供；T_group ≈ L·dβ/dω 作为一致性门。
• 幅度色散：匹配近似下 alpha ≈ −ln|S21|/L；近奇异点采用带限正则。
• 模态耦合：弯折/分叉的 C(omega) 以功率守恒为约束；|C_{mn}|∈[0,1]。
• 稳定策略：残差白化与谱平坦度检查；对 σ_eff(ω)/n_eff(ω) 使用平滑/带限先验，禁止右半平面极点。

V. 基准算例库（HF 最小可复现）

• SIM-HF-01｜路径切换 A/B（P1）：等长双走线，仅护线/回流不同；指标：k_φ ≈ ΔT_arr、E_phase/GDR。
• SIM-HF-02｜介质/导体小扰动（P2）：温度/频散缓扫；指标：平滑重整化 + 被动/K–K。
• SIM-HF-03｜辐射缝隙/残桩（P3）：可封堵；指标：Re{ΔZ_rad} ≥ 0 且封堵后下降、场量一致。
• SIM-HF-04｜过孔/平面跨接：桩长/返回路径可调；指标：ΔW 漂移与 E_phase/GDR 变化。
• SIM-HF-05｜连接器/Launch 过渡：锥度与地指优化；指标：ΔZ_c(Ω) 与 KPI 不恶化。
• SIM-HF-06｜板—缆耦合（CM）：回流策略；指标：I_CM 与 ΔZ_rad/ΔW 趋势一致。

每个算例配：dataset_card/pipeline_card/env_lock 与参考输出，用于回归与发布门。

VI. 仿真—实验/3D-EM 对齐流程（I30-HF / I40-HF / M10-HF）

• 端口一致化：map_ports/em_port_align；统一 Znorm(ω) 与（如用）T_mm/Z0_mm。
• 去嵌/归一：deembed → renorm，记录 baseline_id 与工件哈希。
• S→Z 映射：Z_eft = Z0^{1/2}(I+S)(I−S)^{-1}Z0^{1/2}；立即执行 passivity/KK。
• 时间基改正：arg Z_corr = arg Z_raw − ( ω·Δt_sync )。
• 路径改正与到达时：写入 arrival{form,gamma,measure,c_ref,Tarr,u_Tarr,delta_form}；两口径 T_arr 一致后进入 KPI。
• KPI/一致性：E_phase/GDR 达标；T_group ≈ L·dβ/dω（可选）；统计 ΔW。
• 辐射通道（如启用）：ΔZ_rad = Z_eft − (Z_ref+ΔZ_T)；验证 Re{ΔZ_rad} ≥ 0 与封堵前后单调。
• 出具数据卡：汇总 Z_eft/argZ/T_group/KPI/ΔZ_rad 与 QA 结果。

VII. 可证伪准则（SimStack 对应）

• F-HF-1（窗口一致）：E_phase/GDR 或 T_group ≈ L·dβ/dω 失败，否决窗口或 β 提取。
• F-HF-2（S→Z/归一）：Re{Z_eft}<0 或 K–K 失败，否决归一/映射设置。
• F-HF-3（辐射正实）：Re{ΔZ_rad}<0 或封堵后不降，否决辐射等效。
• F-HF-4（路径/模态）：k_φ ≉ ΔT_arr 或 ΔW 趋势异常，否决路径建模或 C(ω)。
• F-HF-5（回归一致）：基准算例复跑与参考输出偏差超阈，拒绝发布。

VIII. 数据结构与导出（最小模板）

simstack_hf:

case_id: "SIM-HF-01"

model_id: "EDX-HS-eft-ms"

freq_grid_Hz: [...]

layout_ref: "LAY-2025-001"

binding_ref: "LAY2PATH-HF-0001"

deemb: {method:"TRL", version:"1.2", artifact:"/artifacts/deemb.json", baseline_id:"BLSN-EDX-001"}

Znorm_ohm: [50.0, 50.0]

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

delta_form: "n_over_c"

outputs:

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

argZ: [...]

T_group_s: [...]

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

deltaZ_rad: {Re_ohm:[...], Im_ohm:[...]} # 可选

kpis:

E_phase_rad: 0.043

GDR_s: 1.8e-10

ΔW: 0.17

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

seed: 20250915

IX. 合规模板（接口与计算片段）

• 接口原型

api:

- id: "SimStackHF.build"

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

- id: "SimStackHF.forward"

proto: "forward(sim_handle, theta, grid) -> {Z_eft, argZ, T_group, w_{p,m}, ΔZ_rad?}"

- id: "SimStackHF.invert"

proto: "invert(sim_handle, data, priors, sampler:'NUTS') -> {posterior, logZ, summary}"

- id: "SimStackHF.ppc"

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

- id: "SimStackHF.export"

proto: "export(sim_handle, format:'cards|json') -> artifacts[]"

• HF KPI 计算（伪代码）

phi = unwrap(argZ_corr[ω1:ω2]) # coherence window

T_group = grad(phi, ω)

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

GDR = max_abs(T_group - median(T_group))

assert E_phase <= E_phase_gate and GDR <= GDR_gate

X. 跨章引用与闭环

• 依赖：第4章（S20-HF/S30-HF）、第5章（S50-HF）、第6章（S40-HF）、第7章（KPI）、第8章（S↔Z）、第9–11章（计量/证伪/协同）。
• 对接：第12章（设计规则，用作布局评审与签核 KPI）、第15章（数据与复现，数据/管线/环境锁）、第16章（设计规程与工程清单，将回归门纳入签核）。