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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}
• 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。
• phase调制相位控制
  • 高16位相位控制字pcw： \phi_{nco} = pcw/2^{16}*2*\pi。
• 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：

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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。