附录B. 故障排查
本附录汇总了读出子系统编程中的常见问题、可能原因及排查步骤。
B.1. 解模结果异常
B.1.1. 解模 IQ 数据全为零
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 本振频率未配置或配置错误 |
检查混频板 lo_freq 寄存器（0x00100000）是否正确写入 |
| 码字未使能解模功能 |
检查码字 DEMOD_SUM_VAL（bit[4]）是否为 1 |
| 匹配滤波器参数未加载 |
检查 DAQ_PAR 中目标 PARA_ID 对应的 dds_fpw 和 mtf_idx 是否已正确写入 |
IQ_SCALE 选择不当导致截位全零 |
尝试切换 IQ_SCALE 位（见 §4.3 参数选择指南），观察是否有非零输出 |
| DAQ_REG 寄存器未复位 |
执行软复位后重新加载配置（见 §B.4） |
| 输入信号功率过低 |
检查射频线缆连接，确认混频板输入端有信号 |
B.1.2. 解模 IQ 数据幅值异常（过大或过小）
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 解模频率与输入信号频率不匹配 |
验证 dds_fpw.fcw 计算公式：F_c = fcw / 2^{20} \times F_s，确保 F_c 等于输入中频 F_{IF} |
| 权重系数幅度不合理 |
检查 DAQ_PAR 权重区数据，权重系数为 8 位有符号数（范围 -128~127） |
IQ_SCALE 位置不当 |
幅值过大时切到 IQ_SCALE=1（截高位），过小时切到 IQ_SCALE=0 |
STEP_CTRL 不匹配 |
若 STEP_CTRL 过大导致权重点稀疏，解模 SNR 下降，表现为幅值抖动增大 |
B.1.3. FPGA 平台解模结果与 ASIC 平台不一致
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 系数直读模式 vs 计算模式的固有差异 |
验证两个平台使用相同的权重数据和频率参数 |
| DAQ_FLT 系数计算方式错误 |
FPGA 平台需预计算 I/Q 系数（见 §4.4.3），检查系数是否按公式 \text{Weight}[n] \times e^{j\omega n} 生成 |
| 采样点/时钟周期差异 |
FPGA 每周期 16 采样点，ASIC 每周期 8 采样点，确保 mtf_idx.addr 和 mtf_idx.len 单位一致 |
B.2. 态判断异常
B.2.1. 频繁出现错误态（态值 = 3）
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 三条直线不交于同一点 |
检查 line0/line1/line2 的系数（a, b, c）是否满足共点条件。若仅需两态判断，设置 TWO_STA_EN=1 |
| IQ 平面分布漂移 |
量子比特状态分布可能随时间漂移，需重新校准直线方程系数 |
| 解模 IQ 数据 SNR 不足 |
检查权重设计是否合理、解模长度是否足够（见 §B.1.2） |
B.2.2. 两态模式下态值始终为 0 或 1
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 直线方程系数未校准 |
line0 的 (a, b, c) 需通过校准实验确定，不能使用默认值 0 |
TWO_STA_EN 未正确设置 |
确认 func_ctrl 寄存器 bit[2] 为 1 |
B.3. MCU 与触发问题
B.3.1. MCU 程序不生效（无输出、无数据）
| 可能原因 |
排查步骤 |
| MCU 程序未正确加载 |
验证 MCU_INS 基地址（ACQ: 0x00200000, EXC: 0x00700000）已写入正确的指令序列 |
| 触发信号未到达 |
确认外部触发源已正确连接和使能。MCU 是被动响应方——无触发则无执行 |
| 码字位段值错误 |
逐位检查码字定义（ACQ: 32 位，EXC: 低 13 位），确保关键使能位（如 DEMOD_SUM_VAL、PUMP_EN）正确设置 |
| 软复位未执行 |
异常中断后需先执行软复位（见 §B.4），再加载 MCU 程序 |
| 寄存器配置未在触发前完成 |
SPI 配置和 MCU 程序加载存在时序要求——配置必须在触发到达前完成（见 §4.6.1 / §5.7.1 流程表） |
B.3.2. MCU 执行正常但数据推送异常
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 码字使能了多种存储类型 |
同时使能多种存储导致数据帧变长、解析复杂。建议仅使能一种存储类型进行调试 |
| 数据帧解析顺序错误 |
多 qubit + 多存储类型时，确认帧内数据顺序（波形 → IQ → 态 → 计数）与码字使能位一致 |
B.4. 软复位
ACQ 和 EXC-Pump 通道均提供软复位功能，用于从上位机强制中断或 MCU 错误指令导致的异常状态中恢复。
| 通道 |
复位方式 |
复位范围 |
| ACQ |
调用驱动 API 复位函数 |
状态机 + 部分寄存器默认值（详见 IDS 表中各寄存器的复位值列） |
| EXC-Pump |
调用驱动 API 复位函数 |
状态机 + 部分寄存器默认值（详见 IDS 表中各寄存器的复位值列） |
复位后恢复流程：
- 执行软复位
- 验证关键寄存器值是否正确
- 重新加载 MCU 程序
- 发送测试触发，验证数据通路正常工作
注意：软复位不会恢复所有寄存器到上电默认值。对于被复位的寄存器，需在复位后重新配置。建议在每次软复位后执行完整的初始化序列。
B.5. Pump 通道问题
B.5.1. Pump 无输出
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 硬件使能未打开 |
检查 pump_enable 寄存器是否为 32'h11（32'h00 时完全关闭） |
MCU 码字 PUMP_EN 位未置 1 |
检查码字 bit[8] 是否为 1 |
pump_ctrl 配置不当 |
检查 delay 和 width 参数，确保 width > 0 且 delay 不过大 |
pump_freq 或 pump_power 未配置 |
这两个寄存器需要在 Pump 触发前通过 SPI 写入有效值 |
B.6. 数据帧解析
B.6.1. 数据帧解析错位
| 可能原因 |
排查步骤 |
| 码字使能的存储类型与解析代码不匹配 |
确保解析代码的数据类型顺序与码字使能位（WAVE→IQ→STATE→COUNT）一致 |
| 多 qubit 数据顺序混淆 |
IQ 数据按 qubit 序号从小到大排列（q0 → q1 → ... → q15），验证解析代码的偏移计算 |
| 字节序错误 |
所有数据采用大端字节序（Big-Endian），确认解析代码的字节序设置正确 |
| 帧头/帧尾未正确识别 |
确认上位机驱动解帧逻辑与硬件推送的帧格式一致 |
调试方法：先使能单一存储类型 + 单 qubit 确认帧格式，再逐步增加复杂度。