收官 · 低功耗多传感器节点的证据闭环

学习层：让一个节点通过有理由的最终验收

1. 具体情境：平均功耗通过，但系统仍然不应交付

设想一个节点每分钟唤醒一次，读取温度、湿度和光照传感器，在本地缓存后通过硬件总线输出。它的平均电流很低，静态台架上也能持续记录；但最远总线端在边沿时有反射，传感器唤醒使 rail 下陷，数字回流让模拟基线移动，装配批次又缺少关键测试点。只要把平均功耗写进报告，其他问题就会被隐藏。

收官的工作不是把每个指标都压成一个分数，而是建立要求 → 模型/测量 → 证据 → 判据 → 失效动作的链。一个“通过”必须知道它验证了什么、没有验证什么，以及下一次故障注入如何让它失效。

2. 揭示前预测：先预测系统级取舍

1. 活动电流和活动时间固定时，把唤醒周期缩短，平均电流会增加还是减少？
2. 噪声测量值低于教学预算、但总线时序余量为负，系统能否直接最终验收？
3. 测试点覆盖率为 100% 但没有 bring-up 波形和故障记录，证据闭环是否完整？

提交三项预测后才展开系统参数和验证矩阵。默认结果设计为“可以继续验收”，不是产品承诺；改变一个输入使任一关键门失效时，实验会指出具体的账本行，而不是只显示一个总分。

3. 公式桥：功率、噪声、时序与证据

设周期为 \(T\)（s），活动时间为 \(t_a\)（s），休眠电流为 \(I_s\)，活动 MCU 电流为 \(I_a\)，活动传感器电流为 \(I_{sens}\)，则

在 rail 电压 \(V\) 下，平均输出功率 \(P_{avg}=VI_{avg}\)。若把一天视为 \(24\ \mathrm{h}\)，则 \(E_{day}=P_{avg}\times24\ \mathrm{h}\)；若 \(P\) 用 mW，结果单位是 mWh。输入侧还要除以已声明的教学效率 \(\eta\)，不能把输出功率当成电源输入消耗。

其余账本保持独立单位：噪声余量 \(M_N=V_{limit}-V_{meas}\)（mV）；时序余量用 ns 或 % UI；热余量用 °C；测试点覆盖 \(C_{TP}=N_{observed}/N_{critical}\)；故障约束率 \(C_F=N_{contained}/N_{injected}\)。只有在每一项先通过各自判据后，才可报告“整体可验收”。

关联输入也有硬约束：必须满足 \(t_a\le T\) 和 \(N_{contained}\le N_{injected}\)。任一关系不成立就生成失败的 CONFIG_INVALID 门；不得用截断、min 或饱和把无效配置改成通过。关键网络可测性要求 \(C_{TP}=1.00\)；若确需例外，必须逐网记录批准的豁免，本实验默认不启用豁免。

周期缩短的结论还有一个前提：只有当 \(I_a+I_{sens}>I_s\) 时，固定活动时间而缩短 \(T\) 才会提高占空比和平均电流；此前提不成立时，不能直接套用“周期越短平均电流越高”。

默认教学输入为 \(T=60\ \mathrm{s}\)、\(t_a=0.8\ \mathrm{s}\)、\(I_s=0.4\ \mathrm{mA}\)、\(I_a=35\ \mathrm{mA}\)、\(I_{sens}=8\ \mathrm{mA}\)、\(V=3.3\ \mathrm{V}\)、\(\eta=85\%\)。于是 \(d\approx1.33\%\)、\(I_{avg}\approx0.968\ \mathrm{mA}\)、输出约 \(3.19\ \mathrm{mW}\)，一天输入能量约 \(90.2\ \mathrm{mWh}\)（合成预算为 \(100\ \mathrm{mWh/day}\)）。这是数量级练习，不是电池容量建议。

4. 互动实验：系统数字孪生与验证矩阵

5. 六本账怎样合成一个系统，而不是互相打架

22 总线账回答电平、拓扑、上拉/终端、边沿、传播和总线故障；它给 28 讲留下“最远端可判决”的证据。

23 电源账回答 rail、效率、静态电流、压降、去耦和负载瞬态；它给出功率、噪声、复位和能量的边界。

24 回流/EMC 账回答参考节点、回流连续性、共模/差模、屏蔽和预兼容测量；它防止把模拟误差误写成传感器漂移。

25 信号完整性账回答集总/传输线边界、反射、终端、串扰和眼图；它把“波形看起来毛”改写成可量化的幅度/时间余量。

26 PCB/DFT 账回答功能分区、连续回流、间距/过孔假设、测试点和装配反馈；它使前面的问题在成品上仍然可观察。

27 可靠性/bring-up 账回答失效模式、热/容差、故障树、限流上电、阶段顺序、停止条件和证据版本；它定义“怎样安全地知道还不能交付”。

这六本账不是并列的报告附件。电源瞬态会改变总线阈值，回流会改变模拟噪声，PCB 几何会改变终端，DFT 测点会改变电容，bring-up 故障又会反过来验证保护和电源树。因此最终矩阵保留来源 ID，不能只保留一个绿色总结果。

6. 测量与故障注入：最终验收的顺序

1. 边界确认：核对低压输入、限流、可断电开关、能量来源、板号、软件/硬件版本和环境；不满足则不开始。
2. 静态证据：断电测连通性/阻值，检查电源树、保护、测试点、终端和装配；把异常先标为待调查。
3. 动态证据：按 27 讲阶段上电，记录 rail、启动电流、复位、总线近端/远端、回流地电位差、噪声和温度；同一配置至少能重复。
4. 模式证据：分别测休眠、传感器活动、总线活动、最坏唤醒和同时负载；平均值不能替代瞬态。
5. 故障证据：断电注入开路、缺终端、参考偏移、负载短路代理或传感器失联等单一故障；每次都先写预期安全状态、限流和停止条件，再保存故障前后波形与恢复记录。
6. 追溯审计：每一行矩阵填“模型/测量/约束”三选一或组合，且 evidenceId、type、version 必须非空；附原始文件、计算版本、仪器设置、数据手册/标准版本和未验证假设。缺任一元数据就让证据门失败。

7. 最终验收：不是“所有数都很好看”

本项目的最终验收定义为：功率预算在声明周期和活动模式下成立；RAIL_TRANSIENT(dropout/reset)、噪声、总线时序和 RETURN_CM_DM 分别有严格正余量；总线和回流故障进入定义的安全状态；PCB 关键网络 100% 可测或有逐网批准豁免；热/容差与限流上电没有违反停止条件；关联输入没有触发 CONFIG_INVALID；每个结论都有可复现证据。任一关键行缺证据，结论是“未完成”，不是“默认通过”。

一个很重要的反例是：\(E_{day}\) 低于预算、噪声也低于预算，但总线余量为负。此时系统仍未通过，因为“能量够用”和“信息可判决”是不同账本。另一个反例是：矩阵全是模型通过，却没有一条最远端波形或故障记录；这只能说明仿真自洽，不能说明装配后的节点成立。