4.9 KiB
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5.2. 寄存器功能定义
EXC-Pump通道的全部寄存器可以被SPI和MCU同时访问， 用户可以根据需要决定使用SPI还是MCU来控制寄存器的值。
| 名字 | 功能描述 |
|---|---|
| wave_ctrl | 寄存器索引波形，包含地址和长度信息 |
| amplitude | 波形输出调制幅度 |
| Frequency | 调制载波频率 |
| Phase | 调制载波相位 |
| Function | AWG工作模式定义 |
| pump_ctrl | pump使能脉冲控制 |
| mark_ctrl | 标记使能脉冲控制 |
wave_ctrl波形输出直接控制，可直接从波形仓库取采样点输出。- 高16位为索引地址，单位是时钟周期
- 低16位为索引长度，单位是时钟周期
amplitude调制幅度控制字- 高16位为幅度控制字acw，范围-32768~32767，归一化幅度
Amp = acw/2^{14}
- 高16位为幅度控制字acw，范围-32768~32767，归一化幅度
frequency调制频率控制- 32比特频率控制字fcw，
F_{nco}= fcw/2^{32}*F_s，其中F_s是输出采样率。
- 32比特频率控制字fcw，
phase调制相位控制- 高16位相位控制字pcw：
\phi_{nco} = pcw/2^{16}*2*\pi。
- 高16位相位控制字pcw：
function寄存器用于设置AWG的工作模式pump_ctrl泵浦脉冲使能控制- 高16位控制输出延迟时钟周期，范围（1~65535）
- 低16位控制附加持续时钟周期，范围（1~65535）
mark_ctrl标记脉冲使能控制- 高16位控制输出延迟时钟周期，范围（1~65535）
- 低16位控制脉冲持续时钟周期，范围（1~65535）
function的详细控制如下所示：
| 比特位 | 名字 | 功能描述 |
|---|---|---|
| [3] | INTP_SEL | 插值模式选择，1：半带插值，0：邻近插值 |
| [2] | MIX_MODE | 混频模式选择，1：混频模式，0：基带模式 |
| [1:0] | AWG_MODE | AWG模式, 00：直出，01：调制，10：Hilbert，11：NCO |
INTP_SEL在FPGA平台下受限于DSP资源，只能设置为邻近插值模式。MIX_MODE用于直接输出射频信号，由于采用了模拟混频方案，仅使用基带模式。AWG_MODE设置AWG模式，实验选用直出模式或者调制模式，其余两种模式用于调试。
AWG 工作模式选择指南
func_ctrl 寄存器的 AWG_MODE 字段定义了 AWG 模块的四种工作模式，不同模式适用于不同的实验场景：
| AWG_MODE | 模式名称 | 数据路径 | 典型用途 | 频率灵活性 |
|---|---|---|---|---|
00 |
直出模式 (Direct) | 波形仓库 → DAC | 量子比特操作：直接输出包含多频点的基带波形，配合外部模拟混频实现多比特并行读出 | 频率固定（由波形数据决定） |
01 |
调制模式 (Modulation) | 波形仓库 → NCO 混频 → DAC | 腔频扫描：基带波形为 DC 包络，NCO 频率可由寄存器实时切换实现扫频 | 频率灵活（MCU 实时改 NCO） |
10 |
Hilbert 模式 | 波形仓库 → Hilbert 变换 → DAC | 调试：输出波形的正交分量，用于验证 Hilbert 变换实现 | — |
11 |
NCO Only 模式 | NCO → DAC | 性能测试：输出纯净单音连续波，连接外部仪器测试芯片性能 | 仅输出 NCO 频率 |
模式选择决策树：
-
实验需要输出量子门操作波形 → 使用直出模式 (
00)- 波形包含多个读出频率分量，可并行读出多个 qubit
- 频率由预计算的基带波形确定，触发后不可实时改变
-
实验需要扫频（如腔频扫描、Rabi 振荡） → 使用调制模式 (
01)- 基带波形仅定义脉冲包络，NCO 提供频率灵活性
- MCU 可通过写
frequency寄存器实时改变输出频率，无需重新加载波形
-
芯片本身性能验证（如相噪、杂散测试） → 使用NCO Only 模式 (
11)- 输出连续波，不受波形仓库长度限制
-
验证 Hilbert 变换硬件实现 → 使用Hilbert 模式 (
10)- 仅用于调试，正常实验不使用
建议：常规量子实验使用直出模式（
00）；需要频率扫描的实验使用调制模式（01）；Hilbert 和 NCO Only 模式仅在调试和测试阶段使用。
输出模式 (NRZ/MIX/HBNRZ/HBMIX) 选择
结合 MIX_MODE 和 INTP_SEL，AWG 支持四种最终输出模式：
| 输出模式 | MIX_MODE | INTP_SEL | 特点 | 平台支持 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| NRZ | 0（基带） | 0（邻近插值） | 基带直出，无插值滤波 | FPGA + ASIC | 外部模拟混频，低频输出 |
| MIX | 1（混频） | 0（邻近插值） | 混频输出，无插值滤波 | FPGA + ASIC | 射频直出，高频输出 |
| HBNRZ | 0（基带） | 1（半带插值） | 基带 + 半带插值，平坦度优化 | 仅 ASIC | 外部模拟混频 + 高平坦度要求 |
| HBMIX | 1（混频） | 1（半带插值） | 混频 + 半带插值，最佳高频性能 | 仅 ASIC | 射频直出 + 最优平坦度（推荐 ASIC 高频场景） |
当前推荐：ez-Q 2.5 采用模拟混频方案，所有平台使用 NRZ 模式（
MIX_MODE=0, INTP_SEL=0）。MIX/HBMIX/HBNRZ 模式为 ASIC 平台射频直出方案预留。