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Build and Deploy Documentation / build-and-deploy (push) Waiting to run
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Build and Deploy Documentation / build-and-deploy (push) Waiting to run
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b55a135190
commit
5ea3213682
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@ -0,0 +1,134 @@
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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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### 4.6.1. 流程总览
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ACQ通道读出全流程包含以下步骤：
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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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|:-|:-|:-|
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|lo_freq|5_500_000|本振频率 5.5 GHz，单位 kHz|
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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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### 4.6.3. 步骤2：加载解模参数
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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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**权重数据（匹配滤波器系数）**
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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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|:-|:-|:-|:-|:-|
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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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**DDS参数（频率/相位控制字）**
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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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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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### 4.6.4. 步骤3：配置ACQ寄存器
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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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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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### 4.6.5. 步骤4：生成并发送码字
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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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|码字位段|字段名|配置值|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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完整码字值：`0x0003_2000`
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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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### 4.6.6. 步骤5：接收处理数据
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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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|字节偏移|字段|长度|格式|
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|:-|:-|:-|:-|
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|0|I (q0)|4 字节|32位有符号整数，大端|
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|4|Q (q0)|4 字节|32位有符号整数，大端|
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|8|I (q1)|4 字节|32位有符号整数，大端|
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|12|Q (q1)|4 字节|32位有符号整数，大端|
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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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### 4.6.7. 时序总结
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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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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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@ -0,0 +1,182 @@
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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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### 5.7.1. 流程总览
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EXC-Pump通道全流程包含以下步骤：
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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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### 5.7.2. 步骤1：加载波形数据到波形仓库
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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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|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|
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|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），$256 \times 250\text{ps} = 64\text{ns}$|
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|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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地址 0x0000: 0x0000, 0x0C8C, 0x18C8, 0x2400, ... (共256个采样点)
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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。
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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。
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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。
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### 5.7.3. 步骤2：配置波形索引表
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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|
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|:-|:-|:-|:-|
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|0|`0x0000`|`0x0010`|起始地址0x0000，长度16个时钟周期|
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|1|`0x0010`|`0x0008`|起始地址0x0010，长度8个时钟周期|
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波形索引表深度256条（1 kB），每条目录宽32位。
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addr 和 len 均以时钟周期为单位。
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通过切换 WAVE_ID 可以在不同波形之间快速切换。
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### 5.7.4. 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）：
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|寄存器|值|说明|
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|:-|:-|:-|
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|`amplitude`|`acw = 8192`|归一化幅度 $8192 / 2^{16} \approx 0.125$|
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|`frequency`|`fcw = 0`|NCO频率控制字（基带直出模式NCO不生效）|
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|`phase`|`pcw = 0`|NCO相位控制字（基带直出模式不生效）|
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|`function`|`0x0` (INTP_SEL=0, MIX_MODE=0, AWG_MODE=00)|基带直出模式（NRZ）|
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function 寄存器模式选择：
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[3] INTP_SEL=0: 邻近插值（FPGA平台仅支持此模式）
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[2] MIX_MODE=0: 基带模式（使用外部模拟混频）
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[1:0] AWG_MODE=00: 直出模式（原始波形不经调制）
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若需要使用正交调制模式（扫频应用），配置如下：
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|寄存器|值|说明|
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|:-|:-|:-|
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|`amplitude`|`acw = 16384`|归一化幅度 0.25|
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|`frequency`|`fcw` = $F_{mod} / F_s \times 2^{32}$|调制频率控制字|
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|`phase`|`pcw = 0`|初始相位 0|
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|`function`|`0x1` (INTP_SEL=0, MIX_MODE=0, AWG_MODE=01)|正交调制模式|
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### 5.7.5. 步骤4：配置上变频电路
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设置混频板本振频率：
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|配置项|值|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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同一个混频板上4个通道共享同一个本振信号。
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输出频率 = 基带频率 + 本振频率。
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本例: 1.2 GHz + 5.5 GHz = 6.7 GHz。
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### 5.7.6. 步骤5：配置Pump模拟电路
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配置Pump通道输出参数：
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|配置项|值|说明|
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|:-|:-|:-|
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|pump_freq|7_800_000|Pump信号频率 7.8 GHz，单位 kHz|
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|pump_power|-600|Pump信号功率（具体映射关系取决于硬件校准）|
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|pump_enable|0x11|Pump输出使能（需先配置再使能，否则输出无效）|
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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。
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pump_enable = 0x11 为硬件级使能，配置后方可响应PUMP_EN码字位。
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pump_enable = 0x00 时，无论码字如何设置，Pump均无输出。
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### 5.7.7. 步骤6：生成并发送码字
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MCU生成码字，同时触发波形输出和Pump脉冲：
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**场景A：同时输出波形和Pump脉冲**
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|码字位段|字段名|配置值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|
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|[12]|PULSE_ONLY|0|正常输出波形|
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|[11]|PARAMETER_SEL|0|波形索引来自查找表（WAVE_ID）|
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|[10]|NCO_CLR_EN|0|不复位NCO|
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|[9]|MARK_EN|0|不触发Marker脉冲|
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|[8]|PUMP_EN|1|触发Pump脉冲输出|
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|[7:0]|WAVE_ID|0|索引波形ID=0（16个时钟周期的读出脉冲）|
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完整码字值：`0x0100`
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**场景B：仅输出Pump脉冲（不输出波形）**
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|码字位段|字段名|配置值|说明|
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|:-|:-|:-|:-|
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|[12]|PULSE_ONLY|1|禁用波形输出|
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|[11:9]|-|0|—|
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|[8]|PUMP_EN|1|触发Pump脉冲输出|
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|[7:0]|WAVE_ID|0|波形索引（PULSE_ONLY=1时被忽略）|
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完整码字值：`0x1100`
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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：
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- 高16位（延迟）: 脉冲在码字解码后延迟N个时钟周期开始
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- 低16位（持续）: 脉冲持续M个时钟周期
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将延迟和持续设为相同值可实现"跟随波形长度"的效果。
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### 5.7.8. 步骤7：硬件执行与输出
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码字解码后，硬件按以下流水线执行：
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1. **T0**: MCU 发出码字 `0x0100`
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2. **T0 + 1 cycle**: 码字解码 — WAVE_ID=0 索引波形索引表 → 获取 addr=0x0000, len=16
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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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```
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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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