CN113379055A - 一种应用于量子测控系统中数据采集卡及数据采集方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于量子测控系统中数据采集卡及数据采集方法，量子芯片信号采集模块将经过下变频的模拟信号转换成数字信号后发送至FPGA数据存储模块；FPGA数据存储模块将接收的数字信号根据触发信号存储；上位机数据处理模块控制AWG卡发送控制信号。实现了在PXIE机箱中直接将数据采集卡与AWG卡进行通信，无需额外增加PCIE设备，不但降低了搭建的难度，同时降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及量子芯片测控系统技术领域，具体涉及一种应用于量子测控系统中数据采集卡及数据采集方法。
背景技术
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种搭建简单的应用于量子测控系统中数据采集卡及数据采集方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于量子测控系统中数据采集卡，包括：
量子芯片信号采集模块、FPGA数据存储模块及上位机数据处理模块；
量子芯片信号采集模块将经过下变频的模拟信号转换成数字信号后发送至FPGA数据存储模块；
FPGA数据存储模块将接收的数字信号根据触发信号存储；
进一步的，上位机数据处理模块控制AWG卡发送控制信号。
进一步的，上述量子芯片信号采集模块包括挡位切换模块、π衰减模块、单端转差分模块、增益调整模块以及ADC芯片，挡位切换模块的输入端连接经过下变频的模拟信号，其输出端连接于π衰减模块的输入端，挡位切换模块通过开关切换接收信号的幅度范围，π衰减模块的输出端连接于单端转差分模块的输入端，π衰减模块对输入信号进行幅度衰减，单端转差分模块的输出端连接于增益调整模块的输入端，单端转差分模块将经过衰减的信号转成差分信号，增益调整模块的输出端连接于ADC芯片，增益调整模块将差分信号电压增益范围调整后输入值ADC芯片转换成数字信号。
进一步的，上述FPGA数据存储模块包括ADC接口模块、采样模式模块、DDR控制模块及XDMA模块，ADC接口模块的输入端与ADC芯片的输出端相连，ADC接口模块的输出端与采样模式模块的输入端相连，ADC接口模块接收ADC芯片的数据并转换成DDR存储需要的格式，采样模式模块的输出端连接于DDR控制模块的输入端，DDR控制模块的输出端连接于XDMA模块，DDR控制模块根据采样模式模块输出的不同采样模式的数据和每次DMA传递数据的大小对采样数据进行存储和转发，XDMA模块带有DMA功能的PCIE3.0接口，XDMA模块通过DMA将采样数据发送至上位机。
进一步的，上述上位机数据处理模块包括XDMA驱动模块、数据处理模块、数据应用和指令控制模块，XDMA驱动模块的输入端连接于XDMA模块的输出端，XDMA驱动模块的输出端连接于数据处理模块，XDMA驱动模块具有DMA驱动并配置FPGA的XDMA模块，数据处理模块的输出端连接于数据应用和指令控制模块的输入端，数据处理模块将通过XDMA得到的数据拆分和拼接，数据应用和指令控制模块连接于PXIE机箱的AWG卡，数据应用和指令控制模块解析采样的数据。
进一步的，上述挡位切换模块具有-4v至4v、-2v至2v、-500mv至500mv、-200mv至200mv四个挡位。
进一步的，上述π衰减模块具有10：1、5:1、2:1及直连通路四个链路。
进一步的，上述增益调整模块由FPGA芯片构成，FPGA芯片将差分信号的电压增益范围调整至6dB至26dB。
进一步的，上述采样模式模块具有四种采样模式，分别为连续采样模式、带触发的连续采样模式、触发后数据采样模式以及带触发前数据的采样模式。
一种使用数据采集卡采集数据的方法，包括如下步骤：
a)在PXIE机箱内插入一块数据采集卡和一块AWG卡；
b)PXIE机箱上电后与上位机相连，查看PCIE枚举的设备，上位机控制AWG卡发出控制后端量子芯片工作的波形数据；
c)数据采集卡采集量子芯片的输出信号，通过上位机读取采集的信号进行分析，根据分析结果控制AWG重新调整后的控制量子芯片的波形数据。
本发明的有益效果是： 量子芯片信号采集模块将经过下变频的模拟信号转换成数字信号后发送至FPGA数据存储模块；FPGA数据存储模块将接收的数字信号根据触发信号存储；上位机数据处理模块控制AWG卡发送控制信号。实现了在PXIE机箱中直接将数据采集卡与AWG卡进行通信，无需额外增加PCIE设备，不但降低了搭建的难度，同时降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明数据采集卡的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步说明。
一种应用于量子测控系统中数据采集卡，包括：
量子芯片信号采集模块、FPGA数据存储模块及上位机数据处理模块；
量子芯片信号采集模块将经过下变频的模拟信号转换成数字信号后发送至FPGA数据存储模块；
FPGA数据存储模块将接收的数字信号根据触发信号存储；
上位机数据处理模块根据采样的信号进行量子芯片工作状态和结果分析，处理，根据结果控制AWG卡发送控制信号。
实现了在PXIE机箱中直接将数据采集卡与AWG卡进行通信，无需额外增加PCIE设备，不但降低了搭建的难度，同时降低了制造成本。
实施例1：
量子芯片信号采集模块包括挡位切换模块、π衰减模块、单端转差分模块、增益调整模块以及ADC芯片，挡位切换模块的输入端连接经过下变频的模拟信号，其输出端连接于π衰减模块的输入端，挡位切换模块通过开关切换接收信号的幅度范围，π衰减模块的输出端连接于单端转差分模块的输入端，π衰减模块对输入信号进行幅度衰减，单端转差分模块的输出端连接于增益调整模块的输入端，单端转差分模块将经过衰减的信号转成差分信号，增益调整模块的输出端连接于ADC芯片，增益调整模块将差分信号电压增益范围调整后输入值ADC芯片转换成数字信号。上位机发送的指令通过FPGA对芯片进行配置，使得输入的信号在ADC接口芯片接受范围以内，ADC芯片将模拟信号转换成数字信号后送给FPGA进行缓存处理，当前测控系统中选用的8bit精度，采样率最高可达1.5Gbps的芯片。
实施例2：
FPGA数据存储模块包括ADC接口模块、采样模式模块、DDR控制模块及XDMA模块，ADC接口模块的输入端与ADC芯片的输出端相连，ADC接口模块的输出端与采样模式模块的输入端相连，ADC接口模块接收ADC芯片的数据并转换成DDR存储需要的格式，采样模式模块的输出端连接于DDR控制模块的输入端，DDR控制模块的输出端连接于XDMA模块，DDR控制模块根据采样模式模块输出的不同采样模式的数据和每次DMA传递数据的大小对采样数据进行存储和转发，XDMA模块带有DMA功能的PCIE3.0接口，XDMA模块通过DMA将采样数据发送至上位机。
实施例3：
上位机数据处理模块包括XDMA驱动模块、数据处理模块、数据应用和指令控制模块，XDMA驱动模块的输入端连接于XDMA模块的输出端，XDMA驱动模块的输出端连接于数据处理模块，XDMA驱动模块具有DMA驱动并配置FPGA的XDMA模块，数据处理模块的输出端连接于数据应用和指令控制模块的输入端，数据处理模块将通过XDMA得到的数据拆分和拼接，数据应用和指令控制模块连接于PXIE机箱的AWG卡，数据应用和指令控制模块解析采样的数据。
实施例4：
优选的，挡位切换模块具有-4v至4v、-2v至2v、-500mv至500mv、-200mv至200mv四个挡位。
实施例5：
优选的，π衰减模块具有10：1、5:1、2:1及直连通路四个链路。
实施例6：
优选的，增益调整模块由FPGA芯片构成，FPGA芯片将差分信号的电压增益范围调整至6dB至26dB。
实施例7：
优选的，采样模式模块具有四种采样模式，分别为连续采样模式、带触发的连续采样模式、触发后数据采样模式以及带触发前数据的采样模式。
一种使用数据采集卡采集数据的方法，包括如下步骤：
a)在PXIE机箱内插入一块数据采集卡和一块AWG卡；
b)PXIE机箱上电后与上位机相连，查看PCIE枚举的设备，上位机控制AWG卡发出控制后端量子芯片工作的波形数据；
c)数据采集卡采集量子芯片的输出信号，通过上位机读取采集的信号进行分析，根据分析结果控制AWG重新调整后的控制量子芯片的波形数据。
依次类推即可达到想要的采集数据结果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于，包括：
量子芯片信号采集模块、FPGA数据存储模块及上位机数据处理模块；
量子芯片信号采集模块将经过下变频的模拟信号转换成数字信号后发送至FPGA数据存储模块；
FPGA数据存储模块将接收的数字信号根据触发信号存储；
上位机数据处理模块控制AWG卡发送控制信号。
2.根据权利要求1所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述量子芯片信号采集模块包括挡位切换模块、π衰减模块、单端转差分模块、增益调整模块以及ADC芯片，挡位切换模块的输入端连接经过下变频的模拟信号，其输出端连接于π衰减模块的输入端，挡位切换模块通过开关切换接收信号的幅度范围，π衰减模块的输出端连接于单端转差分模块的输入端，π衰减模块对输入信号进行幅度衰减，单端转差分模块的输出端连接于增益调整模块的输入端，单端转差分模块将经过衰减的信号转成差分信号，增益调整模块的输出端连接于ADC芯片，增益调整模块将差分信号电压增益范围调整后输入值ADC芯片转换成数字信号。
3.根据权利要求2所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述FPGA数据存储模块包括ADC接口模块、采样模式模块、DDR控制模块及XDMA模块，ADC接口模块的输入端与ADC芯片的输出端相连，ADC接口模块的输出端与采样模式模块的输入端相连，ADC接口模块接收ADC芯片的数据并转换成DDR存储需要的格式，采样模式模块的输出端连接于DDR控制模块的输入端，DDR控制模块的输出端连接于XDMA模块，DDR控制模块根据采样模式模块输出的不同采样模式的数据和每次DMA传递数据的大小对采样数据进行存储和转发，XDMA模块带有DMA功能的PCIE3.0接口，XDMA模块通过DMA将采样数据发送至上位机。
4.根据权利要求3所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述上位机数据处理模块包括XDMA驱动模块、数据处理模块、数据应用和指令控制模块，XDMA驱动模块的输入端连接于XDMA模块的输出端，XDMA驱动模块的输出端连接于数据处理模块，XDMA驱动模块具有DMA驱动并配置FPGA的XDMA模块，数据处理模块的输出端连接于数据应用和指令控制模块的输入端，数据处理模块将通过XDMA得到的数据拆分和拼接，数据应用和指令控制模块连接于PXIE机箱的AWG卡，数据应用和指令控制模块解析采样的数据。
5.根据权利要求2所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述挡位切换模块具有-4v至4v、-2v至2v、-500mv至500mv、-200mv至200mv四个挡位。
6.根据权利要求5所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述π衰减模块具有10：1、5:1、2:1及直连通路四个链路。
7.根据权利要求2所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述增益调整模块由FPGA芯片构成，FPGA芯片将差分信号的电压增益范围调整至6dB至26dB。
8.根据权利要求3所述的应用于量子测控系统中数据采集卡，其特征在于：所述采样模式模块具有四种采样模式，分别为连续采样模式、带触发的连续采样模式、触发后数据采样模式以及带触发前数据的采样模式。
9.一种使用权利要求1-8中的数据采集卡采集数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)在PXIE机箱内插入一块数据采集卡和一块AWG卡；
b)PXIE机箱上电后与上位机相连，查看PCIE枚举的设备，上位机控制AWG卡发出控制后端量子芯片工作的波形数据；
c)数据采集卡采集量子芯片的输出信号，通过上位机读取采集的信号进行分析，根据分析结果控制AWG重新调整后的控制量子芯片的波形数据。
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