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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

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。