readout_program/ri_datapath.md

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Raw Blame History

EXC-Pump通道的编程包括 MCU的指令、MCU的数据、控制寄存器、波形索性表、波形仓库和模拟电路配置6类数据。

  • MCU指令+MCU数据可用于编程发出触发码字以及实时修改控制寄存器
  • 控制寄存器可用于指定调制频率、调制相位等参数;
  • 波形索引表定义了从波形ID到波形地址和长度的映射波形仓库定义了波形具体的采样点数据。
  • 模拟电路配置用于设置变频增益和本振频率以及Pump通道的频率和功率等。

当前模拟电路仅需配置Pump参数下图是EXC-Pump通道数字部分的编程控制模型。

读出RI-Pump通道控制模型

  1. EXC-Pump通道的波形输出由AWG模块MCU发出的码字触发。 对于输出波形而言MCU发出的码字定义波形的索引ID
  2. 索引ID输入到波形索引表之后输出波形在波形仓库中的起始地址和长度 接着波形仓库利用起始地址和长度将对应采样点的原始数据输出。
  3. 原始数据经过希尔伯特变换后增加了虚部数据(滤除了负频), 接着数据进入正交数字混频模块与NCO产生的单音信号混频后得到调频数据。
  4. 经过模式选择器后数据首先经过调幅模块接着经过半带滤波器进行插值、然后再经过MIX模块进行采样频率搬移

上述过程中模式选择器可以选择原始波形数据、希尔伯特虚部数据、正交调制数据以及NCO自身产生的单音数据。

  • 原始波形模式:用于量子实验,通过直接输出包含多个读出频率的波形,可以实现对多个量子比特的并行读出;
  • 正交调制模式用于腔频扫描等应用通过实时修改NCO频率可以实时改变输出频率配合DAQ进行实时读取可以实现扫频功能。若基带信号包含多个频点还能实现多频点并行扫描功能
  • NCO Only模式可以输出连续波形方便连接外部仪器上进行测试用于芯片本身性能的测试。
  • 希尔伯特虚部模式:输出波形经过希尔伯特变换后的正交部分,仅用于调试。

最后数字信号经过DAC转换成基带信号基带信号再和外部本振信号模拟混频后输出读出激励波形。 读出芯片不同模式输出的频响曲线如下图所示:

output_response

为了兼容混频输出和射频直出两种工作模式以及在FPGA和ASIC平台上实现半带滤波器和MIX模块都支持旁路功能因此最终波形输出支持NRZ、MIX、HBNRZ和HBMIX四种模式。

  • NRZ模式适合低频输出可用于外部混频情况无需插值滤波器ASIC和FPGA平台可用。
  • MIX模式适合高频输出可用于射频直出情况无需插值滤波器ASIC和FPGA平台可用。
  • HBNRZ模式在NRZ模式的基础上增加了插值滤波器优化了输出平坦度仅ASIC平台支持。
  • HBMIX模式在MIX模式的基础上增加了插值滤波器优化了输出平坦读仅ASIC平台支持。

射频直出主要为ASIC平台预留使用HBMIX模式时读取激励信号使用了高阶奈奎斯特域频率考虑DAC采样率超频到8 GSps使用mix-mode模式时等价采样率为16 GSps。6~7 GHz的输入频率会由于0阶保持输出功率存在sinc滚降归一化的信号输出功率如上图绿色曲线所示。可以看到7 GHz输出相比直流输出功率下降了6.5 dB6~7GHz工作范围内功率平坦度约为2 dB。

Pump通道输出的使能信号由MCU码字触发输出 当MCU输出码字的对应位使能后脉冲发生模块从寄存器或波形索引表得到脉冲长度控制数据 并将指定长度的脉冲信号通过I/O直接输出。

ez-Q 2.2的Pump通道需要提前配置频率、功率和输出使能

由于EXC-Pump通道有且仅有基带处理单元存在状态机 当EXC-Pump通道由于上位机强制中断程序或者MCU配置了错误指令而产生异常时 为了清除EXC-Pump通道的异常状态 EXC-Pump通道提供了软复位功能支持通过调用驱动API来执行软复位操作 其能够使得状态机从异常中恢复,从而使得下一次历史无关配置项能够正确执行。