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f54914c53c
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37ba99c570
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@ -7,18 +7,50 @@
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### 4.4.1. 读出参数存储
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系数计算模式下，匹配滤波器的系数由DDS生成的载波乘以权重参数得到。
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DAQ_PAR 模块（基地址 `0x00500000`，总容量 32 KB）存储解模所需的全部参数，
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每个量子比特独占 2 KB 子空间（控制区 512 B + 权重区 1536 B）：
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- 载波的频率和相位由dds_pfd控制，其高20为作为频率控制字，低12位作为相位控制字。
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- 权重参数的选择由mtf_idx控制，其高16位作为地址，低16位作为长度。
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- mtf_idx索引得到的权重数据颗粒度是权重样本点，一个样本点可对应多个周期采样点；
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- 寄存器dds_pfw_q 和mtf_idx_q 的详细定义与查找表中定义保持相同。
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$$ \text{Qubit }N\text{ DAQ\_PAR 基地址} = \mathtt{0x00500000} + N \times \mathtt{0x800},\quad N = 0,1,\ldots,15 $$
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读出系统的的读出参数存储格式如下图所示。
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FPGA平台下的系数直读模式只使用`Ctrl`部分中的数据，并忽略`dds_pfw`控制字.
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**控制区**（每比特偏移 0x000 ~ 0x1FF，共 512 字节）
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控制区最多支持 16 组参数（PARA_ID = 0~15），每组占用 8 个 32 位寄存器（32 字节），
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各组基地址 = Qubit 基地址 + PARA_ID × `0x20`。
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每组包含以下 8 个寄存器：
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|组内偏移|寄存器|位段|说明|
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|:-|:-|:-|:-|
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|`0x00`|dds_fpw|[31:12] fcw|解模载波频率控制字：$F_c = fcw / 2^{20} \times F_s$|
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|^|^|[11:0] pcw|解模载波相位控制字：$\phi_c = pcw / 2^{12} \times 2\pi$|
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|`0x04`|mtf_idx|[31:16] addr|权重数据起始地址（单位：时钟周期|
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|^|^|[15:0] len|权重数据样本长度（单位：时钟周期）|
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|`0x08`|line0_ab|[31:16] a0|直线0 斜率系数 a（16位有符号数）|
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|^|^|[15:0] b0|直线0 斜率系数 b（16位有符号数）|
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|`0x0C`|line0_c|[31:0] c0|直线0 截距系数 c（32位有符号数）|
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|`0x10`|line1_ab|[31:16] a1|直线1 斜率系数 a|
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|^|^|[15:0] b1|直线1 斜率系数 b|
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|`0x14`|line1_c|[31:0] c1|直线1 截距系数 c|
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|`0x18`|line2_ab|[31:16] a2|直线2 斜率系数 a|
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|^|^|[15:0] b2|直线2 斜率系数 b|
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|`0x1C`|line2_c|[31:0] c2|直线2 截距系数 c|
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> 三组直线方程用于三态判断，将 IQ 平面划分为三个区间。判定公式：$a \times I < c \times 2^4 - b \times Q$。三条直线的交点应重合于一点，否则产生错误态（3态）。详见 [§4.5.3](#453-采集态数据)。
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**权重区**（每比特偏移 0x200 起，共 1536 字节）
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权重区存储匹配滤波器权重系数，最大 1536 个 8 位有符号系数，I 路和 Q 路权重分开存储。
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详细布局见下方存储格式图。
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- 系数的粒度由 `func_ctrl.step_ctrl` 控制，一个权重样本点可对应 1/2/4/8/16 个时钟周期采样点；
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- 权重数据由 `mtf_idx` 中的 addr 和 len 字段索引。
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**读出参数存储格式**如下图所示。
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> 系数计算模式（ASIC）下，匹配滤波器系数 = DDS 载波 × 权重参数。FPGA 平台使用系数直读模式，仅使用 `Ctrl` 部分（mtf_idx）索引 DAQ_FLT（`0x00580000`）中预存储的匹配滤波器系数，忽略 dds_fpw 控制字。
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### 4.4.2. 匹配滤波器系数
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ez-Q 2.5 FPGA平台使用系数直读模式，其需要额外的存储空间来配置匹配滤波器系数。
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@ -46,9 +46,40 @@ $$
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### 4.5.3. 采集态数据
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#### 态判断计算
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态判断利用解模IQ数据，通过三组直线方程将 IQ 平面划分为三个区域，判定量子比特状态。
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三组直线方程定义在 DAQ_PAR 参数区（见 [§4.4.1](#441-读出参数存储)），
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每组包含三个系数（a, b, c），直线方程为 $ax + by = c$，
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其中 a、b 为 16 位有符号数，c 为 32 位有符号数，I、Q 为 20 位截位后的解模结果。
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对于每条直线，位置判定公式为：
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$$
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compare[i] = (a_i \times I < c_i \times 2^4 - b_i \times Q),\quad i = 0, 1, 2
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$$
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得到三条直线的位置判定结果后，通过优先级电路确定态信息：
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|优先级|态值|判定条件|
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|:-|:-|:-|
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|1|0|compare[0] = 1 且 compare[1] = 0|
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|2|1|compare[1] = 1 且 compare[2] = 0|
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|3|2|compare[2] = 1 且 compare[0] = 0|
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|—|3（错误态）|其它情况|
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三态判断要求三条直线交于同一点，否则 IQ 平面被划分为 4 个以上区域，
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部分 IQ 点将落入未定义区域，产生错误态（3态）。
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仅需两态判断时，设置 func_ctrl.TWO_STA_EN = 1，仅使用一组直线方程。
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#### 态数据存储格式
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* 1个完整数据包含16个qubit态信息（4字节）
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* 每个量子比特态信息用2个比特表示
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* 高位表示高序号，即32比特对应{q15,q14,...,q0};
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* 高位表示高序号，即32比特对应 {q15, q14, ..., q0}
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### 4.5.4. 采态计数数据
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@ -1,109 +1,154 @@
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## 4.6. ACQ通道全流程控制示例
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本节通过一个完整的示例演示ACQ通道从码字生成到采集数据获取的全流程编程控制。
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示例场景：对2个量子比特（q0, q1）执行单次读出，采集解模IQ数据。
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本节通过一个完整的端到端示例说明ACQ通道的编程配置流程。
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示例基于 **ASIC 平台**（ADC 8 bit@6 Gsps），场景为对2个量子比特（q0, q1）执行单次读出，采集解模IQ数据。
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### 4.6.1. 流程总览
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### 4.6.1. 端到端配置流程
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ACQ通道读出全流程包含以下步骤：
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ACQ通道的工作流程如下：
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1. **配置模拟前端** — 设置下变频本振频率
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2. **加载解模参数** — 配置匹配滤波器权重和DDS参数查找表
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3. **配置ACQ寄存器** — 设置解模频率/相位/缩放等控制参数
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4. **生成并发送码字** — MCU发出采集触发码字
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5. **接收处理数据** — 固件打包上传，上位机解帧获取IQ数据
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### 4.6.2. 步骤1：配置模拟前端
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配置混频板下变频本振频率，将射频信号转换到中频：
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|配置项|值|说明|
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|阶段|操作|说明|
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|:-|:-|:-|
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|lo_freq|5_500_000|本振频率 5.5 GHz，单位 kHz|
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|初始化|配置模拟前端、解模参数、ACQ寄存器|通过SPI写入，步骤1~3无先后顺序要求|
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|初始化|加载MCU程序|写入MCU_INS，定义触发后要发出的码字|
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|运行|外部触发 → MCU执行 → 产生码字|触发由其它硬件发出，MCU响应后执行程序并生成32位码字|
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|运行|码字解码 → 采集 → 解模 → 推送数据|硬件自动流水线执行|
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|运行|上位机接收数据|从 `rslt_push` 接口读取并解帧|
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```
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本振频率需根据目标量子比特频率确定。
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例如量子比特频率为 6.7 GHz，则下变频后中频为 1.2 GHz。
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关键理解：
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触发信号来自外部硬件（非MCU），MCU是被动响应方。
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MCU 程序加载到 MCU_INS 后处于待命状态，收到触发后执行并生成码字。
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初始化配置可在任意时刻通过 SPI 完成，只需在触发前生效即可。
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```
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### 4.6.3. 步骤2：加载解模参数
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### 4.6.2. 地址空间速查
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将解模参数（匹配滤波器权重、DDS频率/相位控制字）写入参数查找表。
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本例配置2组参数，对应2个量子比特：
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以下配置基于ACQ通道0（Exaddr=0），各模块基地址如下（完整地址映射见 [附录A.1.1](#a11-acq)）：
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**权重数据（匹配滤波器系数）**
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|模块|基地址|用途|
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|:-|:-|:-|
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|MCU_INS|`0x00200000`|MCU指令存储|
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|MCU_DAT|`0x00300000`|MCU数据存储|
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|DAQ_REG|`0x00400000`|DAQ控制寄存器|
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|DAQ_PAR|`0x00500000` + N×`0x800`|解模参数查找表（每比特 2 KB，N = qubit 序号）|
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|MIXER_REG|`0x00100000`|混频板本振配置|
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|参数索引|目标比特|权重长度|iw示例 |qw示例 |
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> FPGA 平台额外使用 DAQ_FLT（`0x00580000`）存储匹配滤波器系数（系数直读模式）。ASIC 平台使用系数计算模式，无需此项。
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### 4.6.3. 步骤1：配置模拟前端
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通过SPI写混频板本振频率寄存器：
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|地址|寄存器|字段|值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|:-|
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|0|q0|128 采样点|`cos(ω·t)` 包络采样|`sin(ω·t)` 包络采样|
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|1|q1|128 采样点|`cos(ω·t)` 包络采样|`sin(ω·t)` 包络采样|
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|`0x00100000`|lo_freq|fcw [31:0]|`5_500_000`|本振 5.5 GHz，单位 kHz|
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**DDS参数（频率/相位控制字）**
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本振频率根据目标量子比特频率确定：中频 = 量子比特频率 − 本振频率。同一混频板4个通道共享本振。
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|参数索引|fcw (频率控制字)|pcw (相位控制字)|scale|
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|:-|:-|:-|:-|
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|0|`fcw_q0` = $F_{if} / F_s \times 2^{32}$|0|1|
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|1|`fcw_q1` = $F_{if} / F_s \times 2^{32}$|0|1|
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### 4.6.4. 步骤2：加载解模参数
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DAQ_PAR 每比特独占 2 KB 子空间（q0 基地址 = `0x00500000`，q1 基地址 = `0x00500800`），详见 [§4.4.1](#441-读出参数存储)。
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**控制区配置**（每组 8 × 32 bit = 32 字节，PARA_ID 对应基地址 = Qubit 基地址 + PARA_ID × `0x20`）：
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配置 q0 和 q1 各一组参数（均使用 PARA_ID=0）：
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|地址|寄存器|字段|值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|:-|
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|`0x00500000`|dds_fpw|fcw [31:12]|$\lfloor F_{if} / F_s \times 2^{20} \rfloor$|q0 解模频率控制字|
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|^|^|pcw [11:0]|`0`|q0 解模相位控制字|
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|`0x00500004`|mtf_idx|addr [31:16]|`0`|q0 权重起始地址（单位：时钟周期）|
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|^|^|len [15:0]|`16`|q0 权重长度 16 时钟周期（= 128 采样点 / 8）|
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|`0x00500008`|line0_ab|a0 [31:16]|校准值|q0 态判断直线0 系数 a|
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|^|^|b0 [15:0]|校准值|q0 态判断直线0 系数 b|
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|`0x0050000C`|line0_c|c0 [31:0]|校准值|q0 态判断直线0 系数 c|
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|`0x00500010`|line1_ab|a1 / b1|校准值|q0 态判断直线1 系数|
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|`0x00500014`|line1_c|c1 [31:0]|校准值|q0 态判断直线1 系数|
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|`0x00500018`|line2_ab|a2 / b2|校准值|q0 态判断直线2 系数|
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|`0x0050001C`|line2_c|c2 [31:0]|校准值|q0 态判断直线2 系数|
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|`0x00500800`|dds_fpw|fcw [31:12]|$\lfloor F_{if} / F_s \times 2^{20} \rfloor$|q1 解模频率控制字|
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|`0x00500804`|mtf_idx|addr [31:16]|`0`|q1 权重起始地址（单位：时钟周期）|
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|^|^|len [15:0]|`16`|q1 权重长度 16 时钟周期|
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|`0x00500808`|line0_ab|a0 / b0|校准值|q1 态判断直线0 系数|
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|`0x0050080C`|line0_c|c0 [31:0]|校准值|q1 态判断直线0 系数 c|
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|`0x00500810`|line1_ab|a1 / b1|校准值|q1 态判断直线1 系数|
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|`0x00500814`|line1_c|c1 [31:0]|校准值|q1 态判断直线1 系数 c|
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|`0x00500818`|line2_ab|a2 / b2|校准值|q1 态判断直线2 系数|
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|`0x0050081C`|line2_c|c2 [31:0]|校准值|q1 态判断直线2 系数 c|
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```
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参数查找表共支持16组参数（PARA_ID = 0~15），
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每组包含独立的权重系数和DDS参数。
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MCU可通过修改PARA_ID在运行时快速切换目标比特。
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三组直线方程系数（a,b,c）需通过量子比特校准实验确定，此处以"校准值"代替。
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若实验不需要态判断（如仅采集 IQ 数据），直线方程系数可填 0。
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```
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### 4.6.4. 步骤3：配置ACQ寄存器
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**权重区配置**（偏移 `0x200` 起，布局见 [§4.4.1](#441-读出参数存储) 存储格式图）：
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配置解模相关寄存器（通过SPI或MCU写入）：
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|寄存器|值|说明|
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|:-|:-|:-|
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|`demod_len`|128|解模采样点数，与权重长度一致|
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|`result_scale`|1|解模结果缩放因子（1 或 16）|
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|`dds_fcw`|`fcw_q0`|初始DDS频率控制字（可通过查找表覆盖）|
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|`dds_pcw`|0|初始DDS相位控制字（可通过查找表覆盖）|
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本例 q0 使用 16 个时钟周期的权重数据（写入 q0 权重区 `0x00500200` 起），
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q1 同样 16 个时钟周期（写入 q1 权重区 `0x00500A00` 起）。
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权重系数为 8 位有符号数，I 路和 Q 路分开存储，具体偏移以 `readout_para.png` 图示为准。
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```
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||||
当码字中 DDS_FPW_SEL = 0（查找表模式）时，
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实际解模参数由 PARA_ID 索引的查找表决定，
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寄存器中的初始值作为 fallback。
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ASIC 平台下匹配滤波器系数 = DDS 载波 × 权重参数（系数计算模式），
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||||
权重数据只需存储缓变包络，一个权重点可对应多个时钟周期采样点（由 `step_ctrl` 控制）。
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||||
MCU 可通过切换 PARA_ID 在运行时快速切换目标比特。
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mtf_idx 的 addr 和 len 单位为时钟周期（ASIC 平台每周期 8 采样点）。
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本例 len=16 时钟周期 = 128 采样点。
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```
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### 4.6.5. 步骤4：生成并发送码字
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### 4.6.5. 步骤3：配置ACQ寄存器
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MCU生成32位ACQ码字，触发一次完整的读出采集：
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通过SPI写DAQ控制寄存器：
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|码字位段|字段名|配置值|说明|
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|地址|寄存器|字段|值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|:-|
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|`0x00400044`|func_ctrl|iq_scale [3]|`0`|IQ 结果截位 [27:8]|
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|`0x00400044`|func_ctrl|two_sta_en [2]|`0`|三态读出模式|
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|`0x00400044`|func_ctrl|const_en [7]|`0`|使用查找表权重（非常数权重）|
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||||
|`0x00400080`|mtf_idx_q0|addr [31:16] / len [15:0]|fallback 值|q0 匹配滤波器索引（查找表模式的 fallback）|
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|`0x004000C0`|dds_fpw_q0|fcw [31:12] / pcw [11:0]|fallback 值|q0 DDS参数（查找表模式的 fallback）|
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```
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||||
func_ctrl 寄存器中与 ASIC 系数计算模式相关的位（const_en、step_ctrl、weight_iq）
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必须按上表配置，否则可能导致解模结果错误。
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```
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### 4.6.6. 步骤4：MCU程序与触发
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MCU程序加载到 MCU_INS（`0x00200000`），触发后MCU执行程序并生成32位码字。
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**触发信号由外部硬件发出**，MCU响应后自动执行。
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码字示例（使能 q0、q1 解模，仅存储IQ数据）：
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|位段|字段名|值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|
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|[31:16]|QUBIT_EN|`0x0003`|使能 q0, q1（bit0=1, bit1=1）|
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|[15]|COUNT_SAVE_EN|0|不存储态计数|
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|[14]|STATE_SAVE_EN|0|不存储态数据|
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|[13]|IQ_SAVE_EN|1|存储解模IQ数据|
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||||
|[12]|WAVE_SAVE_EN|0|不存储原始波形|
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|[11]|MTF_IDX_SEL|0|匹配滤波器参数来自查找表|
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||||
|[10]|DDS_FPW_SEL|0|DDS参数来自查找表|
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||||
|[9]|STATE_CLR_VAL|0|不清理态计数|
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||||
|[8]|DEMOD_CLR_VAL|0|不清理解模求和|
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||||
|[7:4]|FB/STATE/SUM|0|不触发反馈/态统计/求和|
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||||
|[3:0]|PARA_ID|0|使用参数组0（q0参数）|
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||||
|[15]|COUNT_SAVE_EN|`0`|不存储态计数|
|
||||
|[14]|STATE_SAVE_EN|`0`|不存储态数据|
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||||
|[13]|IQ_SAVE_EN|`1`|存储解模IQ数据|
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||||
|[12]|WAVE_SAVE_EN|`0`|不存储原始波形|
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||||
|[11]|MTF_IDX_SEL|`0`|匹配滤波器参数来自查找表|
|
||||
|[10]|DDS_FPW_SEL|`0`|DDS参数来自查找表|
|
||||
|[9]|STATE_CLR_VAL|`0`|不清零态计数|
|
||||
|[8]|DEMOD_CLR_VAL|`0`|不清零解模求和|
|
||||
|[7:4]|FB/STATE/SUM|`0`|不触发反馈/态统计/求和|
|
||||
|[3:0]|PARA_ID|`0`|参数组索引（各比特独立查找）|
|
||||
|
||||
完整码字值：`0x0003_2000`
|
||||
完整码字值：**`0x0003_2000`**
|
||||
|
||||
```
|
||||
上述码字使能了 q0 和 q1 同时解模并仅存储 IQ 数据。
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若需对不同比特使用不同参数，需发送多个码字并切换 PARA_ID。
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例如：
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码字1: PARA_ID=0, QUBIT_EN=q0 → 使用参数组0读出q0
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码字2: PARA_ID=1, QUBIT_EN=q1 → 使用参数组1读出q1
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||||
一个码字可同时使能多个比特（通过 QUBIT_EN 位段），
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各比特使用各自的 DAQ_PAR 子空间（基地址 = 0x00500000 + N×0x800），
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||||
因此 q0 和 q1 可共用 PARA_ID=0 且互不干扰。
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||||
若同一比特需要使用不同的解模参数（如不同频率/权重），
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可在不同触发中切换 PARA_ID 来实现。
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```
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### 4.6.6. 步骤5：接收处理数据
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### 4.6.7. 步骤5：数据接收
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ACQ通道完成采集后将数据打包成帧，通过`rslt_push`接口推送上位机。
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上位机驱动解帧后按流模式返回：
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**IQ数据帧格式**
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采集完成后硬件通过 `rslt_push` 推送上位机。IQ数据帧格式（2比特 × 8字节）：
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|字节偏移|字段|长度|格式|
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|:-|:-|:-|:-|
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@ -113,22 +158,19 @@ ACQ通道完成采集后将数据打包成帧，通过`rslt_push`接口推送上
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|12|Q (q1)|4 字节|32位有符号整数，大端|
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```
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若码字同时使能多种数据存储，帧内数据按以下顺序排列：
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波形数据 → 解模IQ数据 → 态判断数据 → 态计数数据
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推荐每次仅使能一种数据类型以简化上位机解析。
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||||
若码字同时使能多种数据存储，帧内顺序为：
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||||
波形数据 → 解模IQ数据 → 态判断数据 → 态计数数据
|
||||
推荐每次仅使能一种数据类型以简化解析。
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||||
```
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||||
### 4.6.7. 时序总结
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### 4.6.8. 配置清单汇总
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单次ACQ读出的完整时序：
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1. **T0**: MCU 发出32位码字 `0x0003_2000`
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2. **T0 + 1 cycle**: 码字解码，使能 q0, q1 的解模通路
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||||
3. **T0 + 2~129 cycles**: ADC采集128个采样点，并行送入匹配滤波器
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||||
4. **T0 + 130 cycle**: 解模完成，IQ数据写入结果缓存
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||||
5. **T0 + 131 cycle**: 数据打包，通过 `rslt_push` 推送上位机
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||||
```
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||||
实际解模时间取决于使能比特中最长的解模长度。
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若 q0 解模128点、q1 解模256点，则解模耗时 = 256 cycles。
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```
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|地址|寄存器/区域|关键值|
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|:-|:-|:-|
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||||
|`0x00100000`|lo_freq|`5_500_000`|
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||||
|`0x00500000` ~ `0x0050001F`|DAQ_PAR q0 控制区（PARA_ID=0）|dds_fpw, mtf_idx, 3×line_coeff|
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||||
|`0x00500800` ~ `0x0050081F`|DAQ_PAR q1 控制区（PARA_ID=0）|同上结构|
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||||
|`0x00500200` 起|DAQ_PAR q0 权重区|q0 的 I/Q 权重（见存储格式图）|
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||||
|`0x00500A00` 起|DAQ_PAR q1 权重区|q1 的 I/Q 权重（见存储格式图）|
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||||
|`0x00400044`|func_ctrl|`0x0000`（见 [§4.6.5](#465-步骤3配置acq寄存器)）|
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||||
|`0x00200000`|MCU_INS|MCU程序 → 码字 `0x0003_2000`|
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@ -12,4 +12,4 @@ Pump输出时，需要使能输出并配置好输出频率和功率，以下是
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* pump_freq: 32比特整数，范围[7000000, 9000000], 单位是kHz
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||||
* pump_power: 32比特整数，范围[-1100, -300]， 具体映射关系取决于硬件
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||||
* pump_enable: 0x11 为使能，0x00为关闭
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||||
* pump_enable: `32'h11` 为使能（开），`32'h00` 为关闭（关）
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||||
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@ -1,182 +1,162 @@
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## 5.7. EXC-Pump通道全流程控制示例
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本节通过一个完整的示例演示EXC-Pump通道从码字生成到激励信号与Pump信号输出的全流程编程控制。
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示例场景：输出一个6.7 GHz读出激励脉冲，同时触发Pump使能信号。
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||||
本节通过一个完整的端到端示例说明EXC-Pump通道的编程配置流程。
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示例基于 **ASIC 平台**（DAC 8 bit@6 Gsps，8 采样点/时钟周期），场景为输出一个 6.7 GHz 读出激励脉冲，同时触发 Pump 使能信号。
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### 5.7.1. 流程总览
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### 5.7.1. 端到端配置流程
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EXC-Pump通道全流程包含以下步骤：
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EXC-Pump通道的工作流程如下：
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1. **加载波形数据** — 将波形采样点写入波形仓库
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2. **配置波形索引表** — 建立波形ID到地址/长度的映射
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3. **配置EXC寄存器** — 设置NCO参数、幅度、工作模式
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4. **配置上变频电路** — 设置混频板本振频率
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5. **配置Pump模拟电路** — 设置Pump频率、功率
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6. **生成并发送码字** — MCU发出波形触发码字 + Pump使能
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7. **输出激励信号与Pump脉冲** — 硬件执行，输出RF信号和使能脉冲
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|阶段|操作|说明|
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|:-|:-|:-|
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|初始化|加载波形数据、配置索引表、配置寄存器、配置上变频、配置Pump|通过SPI写入，步骤1~5无先后顺序要求|
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||||
|初始化|加载MCU程序|写入MCU_INS，定义触发后要发出的码字|
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||||
|运行|外部触发 → MCU执行 → 产生码字|触发由其它硬件发出，MCU响应后执行程序并生成13位码字|
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||||
|运行|码字解码 → 波形输出 + Pump脉冲|硬件自动流水线执行，输出RF信号和使能脉冲|
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```
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关键理解：
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触发信号来自外部硬件（非MCU），MCU是被动响应方。
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MCU 程序加载到 MCU_INS 后处于待命状态，收到触发后执行并生成码字。
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||||
初始化配置可在任意时刻通过 SPI 完成，只需在触发前生效即可。
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```
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### 5.7.2. 步骤1：加载波形数据到波形仓库
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### 5.7.2. 地址空间速查
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||||
将预计算的基带波形采样点写入波形仓库SRAM：
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||||
以下配置基于EXC通道0（Exaddr=0），各模块基地址如下（完整地址映射见 [附录A.1.2](#a12-exc)）：
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||||
|模块|基地址|用途|
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||||
|:-|:-|:-|
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||||
|MCU_INS|`0x00700000`|MCU指令存储|
|
||||
|MCU_DAT|`0x00800000`|MCU数据存储|
|
||||
|AWG_REG|`0x00900000`|AWG控制寄存器|
|
||||
|AWG_IDX|`0x00A00000`|波形索引表（256条 × 32位）|
|
||||
|AWG_WVE|`0x00B00000`|波形仓库（128 KB）|
|
||||
|MIXER_REG|`0x00100000`|混频板本振配置|
|
||||
|PUMP_REG|`0x00000000`|Pump通道寄存器（ch0基址）|
|
||||
|
||||
### 5.7.3. 步骤1：加载波形数据
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||||
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||||
将预计算的基带波形采样点写入 AWG_WVE：
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||||
|
||||
|参数|值|说明|
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||||
|:-|:-|:-|
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||||
|基带频率|1.2 GHz|$F_s = 6.7 - 5.5$ GHz|
|
||||
|采样率|4 GSps (FPGA)|16采样点/时钟周期|
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||||
|波形长度|256 采样点|16个时钟周期（FPGA），$256 \times 250\text{ps} = 64\text{ns}$|
|
||||
|起始地址|`0x0000`|波形仓库中的偏移地址|
|
||||
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||||
波形采样点数据示例（16位有符号整数，大端字节序）：
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||||
|基带频率|1.2 GHz|$F_{baseband} = 6.7 - 5.5$ GHz|
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||||
|波形长度|256 采样点|ASIC: 32 cycles × 8 samples/cycle|
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||||
|写入地址|`0x00B00000` 起|AWG_WVE 基地址，连续写入 256 × 16 bit|
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||||
|
||||
```
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||||
地址 0x0000: 0x0000, 0x0C8C, 0x18C8, 0x2400, ... (共256个采样点)
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||||
ASIC 平台每时钟周期 8 个采样点（6 Gsps），采样点个数需为 8 的整数倍。
|
||||
FPGA 平台每时钟周期 16 个采样点（4 Gsps），采样点个数需为 16 的整数倍。
|
||||
每个采样点为 16 位有符号整数（二进制补码），大端字节序。
|
||||
波形仓库总容量 128 KB。
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||||
```
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||||
|
||||
```
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||||
ASIC平台下每个时钟周期对应8个采样点，采样点个数需为8的整数倍。
|
||||
FPGA平台下每个时钟周期对应16个采样点，采样点个数需为16的整数倍。
|
||||
波形仓库总容量128 KB，FPGA平台最大支持16 μs输出，ASIC平台最大支持10 μs输出。
|
||||
```
|
||||
### 5.7.4. 步骤2：配置波形索引表
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||||
|
||||
### 5.7.3. 步骤2：配置波形索引表
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||||
在 AWG_IDX 中建立波形ID到存储参数的映射（深度256条，每条32位）：
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||||
|
||||
在波形索引表（LUT）中建立波形ID到波形参数的映射：
|
||||
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||||
|波形ID (WAVE_ID)|addr (高16位)|len (低16位)|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|0|`0x0000`|`0x0010`|起始地址0x0000，长度16个时钟周期|
|
||||
|1|`0x0010`|`0x0008`|起始地址0x0010，长度8个时钟周期|
|
||||
|WAVE_ID|AWG_IDX地址|addr [31:16]|len [15:0]|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|0|`0x00A00000`|`0x0000`|`0x0020`|起始地址 0x0000，长度 32 cycles|
|
||||
|1|`0x00A00004`|`0x0020`|`0x0010`|起始地址 0x0020，长度 16 cycles|
|
||||
|
||||
```
|
||||
波形索引表深度256条（1 kB），每条目录宽32位。
|
||||
addr 和 len 均以时钟周期为单位。
|
||||
通过切换 WAVE_ID 可以在不同波形之间快速切换。
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||||
AWG_IDX 每条目占用 4 字节，WAVE_ID=N 的地址 = 0x00A00000 + N × 4。
|
||||
```
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||||
|
||||
### 5.7.4. 步骤3：配置EXC寄存器
|
||||
### 5.7.5. 步骤3：配置EXC寄存器
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||||
|
||||
配置AWG模块寄存器（通过SPI或MCU写入）：
|
||||
通过SPI写AWG控制寄存器（基带直出NRZ模式）：
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||||
|
||||
|寄存器|值|说明|
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||||
|:-|:-|:-|
|
||||
|`amplitude`|`acw = 8192`|归一化幅度 $8192 / 2^{16} \approx 0.125$|
|
||||
|`frequency`|`fcw = 0`|NCO频率控制字（基带直出模式NCO不生效）|
|
||||
|`phase`|`pcw = 0`|NCO相位控制字（基带直出模式不生效）|
|
||||
|`function`|`0x0` (INTP_SEL=0, MIX_MODE=0, AWG_MODE=00)|基带直出模式（NRZ）|
|
||||
|地址|寄存器|字段|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|`0x00900034`|amplitude|acw [31:16]|`16384`|归一化幅度 $16384 / 2^{14} = 1$|
|
||||
|`0x00900038`|frequency|fcw [31:0]|`0`|基带直出模式NCO不生效|
|
||||
|`0x0090003C`|phase|pcw [31:16]|`0`|基带直出模式NCO不生效|
|
||||
|`0x00900044`|func_ctrl|awg_mode [1:0]|`0`（直出）|原始波形不经调制|
|
||||
|`0x00900044`|func_ctrl|mix_mode [2]|`0`（基带）|使用外部模拟混频|
|
||||
|`0x00900044`|func_ctrl|intp_sel [3]|`0`（邻近插值）|ASIC 可设为 `1` 使用半带插值优化平坦度|
|
||||
|`0x00900048`|pump_ctrl|delay [31:16]|`2`|Pump 脉冲延迟（单位时钟周期）|
|
||||
|`0x00900048`|pump_ctrl|width [15:0]|`32`|Pump 脉冲持续宽度（与波形长度对齐）|
|
||||
|
||||
> 若需正交调制模式（如扫频应用），将 `awg_mode` 设为 `1`（调制），并配置 `frequency` 和 `phase`。详见 [§5.2](#52-寄存器功能定义)。
|
||||
|
||||
### 5.7.6. 步骤4：配置上变频
|
||||
|
||||
通过SPI写混频板本振频率寄存器：
|
||||
|
||||
|地址|寄存器|字段|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|`0x00100000`|lo_freq|fcw [31:0]|`5_500_000`|本振 5.5 GHz，单位 kHz|
|
||||
|
||||
同一混频板4个通道共享本振。输出频率 = 基带频率 + 本振频率 = 6.7 GHz。
|
||||
|
||||
### 5.7.7. 步骤5：配置Pump
|
||||
|
||||
配置泵浦板寄存器（ch0基址 `0x00000000`）：
|
||||
|
||||
|地址|寄存器|字段|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|`0x00200000`|pump_freq|pump_freq [31:0]|`7_800_000`|Pump 频率 7.8 GHz，单位 kHz|
|
||||
|`0x00300000`|pump_power|pump_power [31:0]|`-600`|功率设定（具体映射取决于硬件校准）|
|
||||
|`0x00400000`|pump_enable|pump_enable [31:0]|`32'h11`|硬件级使能（`32'h00` = 关闭）|
|
||||
|
||||
```
|
||||
function 寄存器模式选择：
|
||||
[3] INTP_SEL=0: 邻近插值（FPGA平台仅支持此模式）
|
||||
[2] MIX_MODE=0: 基带模式（使用外部模拟混频）
|
||||
[1:0] AWG_MODE=00: 直出模式（原始波形不经调制）
|
||||
pump_enable = 32'h11 为硬件级使能，配置后方可响应码字 PUMP_EN 位。
|
||||
pump_enable = 32'h00 时，无论码字如何设置，Pump 均无输出。
|
||||
```
|
||||
|
||||
若需要使用正交调制模式（扫频应用），配置如下：
|
||||
### 5.7.8. 步骤6：MCU程序与触发
|
||||
|
||||
|寄存器|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|
|
||||
|`amplitude`|`acw = 16384`|归一化幅度 0.25|
|
||||
|`frequency`|`fcw` = $F_{mod} / F_s \times 2^{32}$|调制频率控制字|
|
||||
|`phase`|`pcw = 0`|初始相位 0|
|
||||
|`function`|`0x1` (INTP_SEL=0, MIX_MODE=0, AWG_MODE=01)|正交调制模式|
|
||||
|
||||
### 5.7.5. 步骤4：配置上变频电路
|
||||
|
||||
设置混频板本振频率：
|
||||
|
||||
|配置项|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|
|
||||
|lo_freq|5_500_000|本振频率 5.5 GHz，单位 kHz|
|
||||
|
||||
```
|
||||
同一个混频板上4个通道共享同一个本振信号。
|
||||
输出频率 = 基带频率 + 本振频率。
|
||||
本例: 1.2 GHz + 5.5 GHz = 6.7 GHz。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.7.6. 步骤5：配置Pump模拟电路
|
||||
|
||||
配置Pump通道输出参数：
|
||||
|
||||
|配置项|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|
|
||||
|pump_freq|7_800_000|Pump信号频率 7.8 GHz，单位 kHz|
|
||||
|pump_power|-600|Pump信号功率（具体映射关系取决于硬件校准）|
|
||||
|pump_enable|0x11|Pump输出使能（需先配置再使能，否则输出无效）|
|
||||
|
||||
```
|
||||
Pump信号为连续波单音信号，其开关由MCU码字的PUMP_EN比特实时控制。
|
||||
pump_enable = 0x11 为硬件级使能，配置后方可响应PUMP_EN码字位。
|
||||
pump_enable = 0x00 时，无论码字如何设置，Pump均无输出。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.7.7. 步骤6：生成并发送码字
|
||||
|
||||
MCU生成码字，同时触发波形输出和Pump脉冲：
|
||||
MCU程序加载到 MCU_INS（`0x00700000`），触发后MCU执行程序并生成13位码字。
|
||||
**触发信号由外部硬件发出**，MCU响应后自动执行。
|
||||
|
||||
**场景A：同时输出波形和Pump脉冲**
|
||||
|
||||
|码字位段|字段名|配置值|说明|
|
||||
|位段|字段名|值|说明|
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||||
|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|[12]|PULSE_ONLY|0|正常输出波形|
|
||||
|[11]|PARAMETER_SEL|0|波形索引来自查找表（WAVE_ID）|
|
||||
|[10]|NCO_CLR_EN|0|不复位NCO|
|
||||
|[9]|MARK_EN|0|不触发Marker脉冲|
|
||||
|[8]|PUMP_EN|1|触发Pump脉冲输出|
|
||||
|[7:0]|WAVE_ID|0|索引波形ID=0（16个时钟周期的读出脉冲）|
|
||||
|[12]|PULSE_ONLY|`0`|正常输出波形|
|
||||
|[11]|PARAMETER_SEL|`0`|波形索引来自查找表|
|
||||
|[10]|NCO_CLR_EN|`0`|不复位NCO|
|
||||
|[9]|MARK_EN|`0`|不触发Marker|
|
||||
|[8]|PUMP_EN|`1`|触发Pump脉冲|
|
||||
|[7:0]|WAVE_ID|`0`|索引波形ID=0（32 cycles 读出脉冲）|
|
||||
|
||||
完整码字值：`0x0100`
|
||||
完整码字值：**`0x0100`**
|
||||
|
||||
**场景B：仅输出Pump脉冲（不输出波形）**
|
||||
**场景B：仅输出Pump脉冲（无波形）**
|
||||
|
||||
|码字位段|字段名|配置值|说明|
|
||||
|位段|字段名|值|说明|
|
||||
|:-|:-|:-|:-|
|
||||
|[12]|PULSE_ONLY|1|禁用波形输出|
|
||||
|[11:9]|-|0|—|
|
||||
|[8]|PUMP_EN|1|触发Pump脉冲输出|
|
||||
|[7:0]|WAVE_ID|0|波形索引（PULSE_ONLY=1时被忽略）|
|
||||
|[12]|PULSE_ONLY|`1`|禁用波形输出|
|
||||
|[11:9]|—|`0`|—|
|
||||
|[8]|PUMP_EN|`1`|触发Pump脉冲|
|
||||
|[7:0]|WAVE_ID|`0`|被忽略（PULSE_ONLY=1）|
|
||||
|
||||
完整码字值：`0x1100`
|
||||
|
||||
```
|
||||
PUMP_EN 触发后，Pump使能脉冲由 pump_ctrl 寄存器的延迟和持续参数控制：
|
||||
- 高16位（延迟）: 脉冲在码字解码后延迟N个时钟周期开始
|
||||
- 低16位（持续）: 脉冲持续M个时钟周期
|
||||
将延迟和持续设为相同值可实现"跟随波形长度"的效果。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.7.8. 步骤7：硬件执行与输出
|
||||
|
||||
码字解码后，硬件按以下流水线执行：
|
||||
|
||||
1. **T0**: MCU 发出码字 `0x0100`
|
||||
2. **T0 + 1 cycle**: 码字解码 — WAVE_ID=0 索引波形索引表 → 获取 addr=0x0000, len=16
|
||||
3. **T0 + 2 cycle**: 波形仓库从 addr=0x0000 开始读取，持续 len=16 个时钟周期
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4. **T0 + 2~17 cycles**: 原始波形数据流经模式选择器（直出模式，旁路希尔伯特和NCO）
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5. **T0 + 3 cycle**: 幅度调制 → 半带插值（FPGA旁路）→ MIX模块（基带模式旁路）→ DAC
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6. **T0 + 4 cycle**: Pump脉冲开始输出（假设pump_ctrl延迟=2）
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7. **T0 + 18 cycle**: 波形输出完成
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8. **T0 + 20 cycle**: Pump脉冲结束（假设pump_ctrl持续=16）
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最终射频输出：基带波形经DAC转换后通过混频板与本振(5.5 GHz)模拟混频，产生6.7 GHz读出激励信号。
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### 5.7.9. 时序图
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CLK : _/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_
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码字 : ___/────────‾‾‾‾‾‾‾‾\_______________________________________________
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WAVE_ID: ___/────0────\_____________________________________________________
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波形输出: _____________/─────── 16 cycles 波形 ──────\_______________________
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Pump脉冲: ______________________/─ delay ─\_________/─ 持续 ─\_____________
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RF_OUT : _______________________/──── 6.7 GHz 激励脉冲 ────\________________
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```
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完整码字值：**`0x1100`**
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注意事项：
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1. Pump使能脉冲的延迟参数需确保与波形输出上升沿对齐。
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2. 多个码字连续发送时，需确保前一码字的波形输出完成后再发下一码字，
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否则波形索引表可能被覆盖导致输出异常。
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3. 调试阶段建议使用 MARK_EN 触发Marker脉冲来辅助示波器触发捕获。
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1. 连续触发时需确保前一码字的波形输出完成，否则波形索引表可能被覆盖。
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2. 调试阶段建议使用 MARK_EN 触发Marker脉冲辅助示波器触发捕获。
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3. 码字字段定义详见 [§5.1](#51-码字功能定义)，具体 MCU 指令编程参见《量子编程指令集》。
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### 5.7.9. 配置清单汇总
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|步骤|地址|寄存器|关键字段|值|
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|:-|:-|:-|:-|:-|
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|1|`0x00B00000`|AWG_WVE|波形采样点|256 × 16 bit|
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|2|`0x00A00000`|AWG_IDX[0]|addr / len|`0x0000` / `0x0020`|
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|3|`0x00900034`|amplitude|acw|`8192`|
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|3|`0x00900038`|frequency|fcw|`0`|
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|3|`0x0090003C`|phase|pcw|`0`|
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|3|`0x00900044`|func_ctrl|awg_mode, mix_mode, intp_sel|`0x0`|
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|3|`0x00900048`|pump_ctrl|delay / width|`2` / `32`|
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|4|`0x00100000`|lo_freq|fcw|`5_500_000`|
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|5|`0x00200000`|pump_freq|pump_freq|`7_800_000`|
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|5|`0x00300000`|pump_power|pump_power|`-600`|
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|5|`0x00400000`|pump_enable|pump_enable|`32'h11`|
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|6|`0x00700000`|MCU_INS|MCU程序|产生码字 `0x0100`|
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