## 5.7. EXC-Pump通道全流程控制示例

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。
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。

### 5.7.1. 流程总览

EXC-Pump通道全流程包含以下步骤：

1. **加载波形数据** — 将波形采样点写入波形仓库
2. **配置波形索引表** — 建立波形ID到地址/长度的映射
3. **配置EXC寄存器** — 设置NCO参数、幅度、工作模式
4. **配置上变频电路** — 设置混频板本振频率
5. **配置Pump模拟电路** — 设置Pump频率、功率
6. **生成并发送码字** — MCU发出波形触发码字 + Pump使能
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

![EXC-Pump全流程控制](../assets/readout_ri.png)

### 5.7.2. 步骤1：加载波形数据到波形仓库

将预计算的基带波形采样点写入波形仓库SRAM：

|参数|值|说明|
|:-|:-|:-|
|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|
|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|

波形采样点数据示例（16位有符号整数，大端字节序）：

```
地址 0x0000: 0x0000, 0x0C8C, 0x18C8, 0x2400, ...  (共256个采样点)
```

```
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。
```

### 5.7.3. 步骤2：配置波形索引表

在波形索引表（LUT）中建立波形ID到波形参数的映射：

|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|

```
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。
```

### 5.7.4. 步骤3：配置EXC寄存器

配置AWG模块寄存器（通过SPI或MCU写入）：

|寄存器|值|说明|
|:-|:-|:-|
|`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）|

```
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）
```

若需要使用正交调制模式（扫频应用），配置如下：

|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：

**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|
|:-|:-|:-|:-|
|[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）|

完整码字值：`0x0100`

**场景B：仅输出Pump脉冲（不输出波形）**

|码字位段|字段名|配置值|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）|

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
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）
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
6. **T0 + 4 cycle**: Pump脉冲开始输出（假设pump_ctrl延迟=2）
7. **T0 + 18 cycle**: 波形输出完成
8. **T0 + 20 cycle**: Pump脉冲结束（假设pump_ctrl持续=16）

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。

### 5.7.9. 时序图

```
CLK    : _/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_/‾\_
码字    : ___/────────‾‾‾‾‾‾‾‾\_______________________________________________
WAVE_ID: ___/────0────\_____________________________________________________
波形输出: _____________/─────── 16 cycles 波形 ──────\_______________________
Pump脉冲: ______________________/─ delay ─\_________/─ 持续 ─\_____________
RF_OUT : _______________________/──── 6.7 GHz 激励脉冲 ────\________________
```

```
注意事项：
1. Pump使能脉冲的延迟参数需确保与波形输出上升沿对齐。
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，
   否则波形索引表可能被覆盖导致输出异常。
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。
```