[發明專利]一種應用于量子測控系統中數據采集卡及數據采集方法

在審

• 申請號: 202110532663.8
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113379055A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 張孝飛;李清石;劉強
• 申請（專利權）人: 山東浪潮科學研究院有限公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

1.一種應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于，包括：

量子芯片信號采集模塊、FPGA數據存儲模塊及上位機數據處理模塊；

量子芯片信號采集模塊將經過下變頻的模擬信號轉換成數字信號后發送至FPGA數據存儲模塊；

FPGA數據存儲模塊將接收的數字信號根據觸發信號存儲；

上位機數據處理模塊控制AWG卡發送控制信號。

2.根據權利要求1所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述量子芯片信號采集模塊包括擋位切換模塊、π衰減模塊、單端轉差分模塊、增益調整模塊以及ADC芯片，擋位切換模塊的輸入端連接經過下變頻的模擬信號，其輸出端連接于π衰減模塊的輸入端，擋位切換模塊通過開關切換接收信號的幅度范圍，π衰減模塊的輸出端連接于單端轉差分模塊的輸入端，π衰減模塊對輸入信號進行幅度衰減，單端轉差分模塊的輸出端連接于增益調整模塊的輸入端，單端轉差分模塊將經過衰減的信號轉成差分信號，增益調整模塊的輸出端連接于ADC芯片，增益調整模塊將差分信號電壓增益范圍調整后輸入值ADC芯片轉換成數字信號。

3.根據權利要求2所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述FPGA數據存儲模塊包括ADC接口模塊、采樣模式模塊、DDR控制模塊及XDMA模塊，ADC接口模塊的輸入端與ADC芯片的輸出端相連，ADC接口模塊的輸出端與采樣模式模塊的輸入端相連，ADC接口模塊接收ADC芯片的數據并轉換成DDR存儲需要的格式，采樣模式模塊的輸出端連接于DDR控制模塊的輸入端，DDR控制模塊的輸出端連接于XDMA模塊，DDR控制模塊根據采樣模式模塊輸出的不同采樣模式的數據和每次DMA傳遞數據的大小對采樣數據進行存儲和轉發，XDMA模塊帶有DMA功能的PCIE3.0接口，XDMA模塊通過DMA將采樣數據發送至上位機。

4.根據權利要求3所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述上位機數據處理模塊包括XDMA驅動模塊、數據處理模塊、數據應用和指令控制模塊，XDMA驅動模塊的輸入端連接于XDMA模塊的輸出端，XDMA驅動模塊的輸出端連接于數據處理模塊，XDMA驅動模塊具有DMA驅動并配置FPGA的XDMA模塊，數據處理模塊的輸出端連接于數據應用和指令控制模塊的輸入端，數據處理模塊將通過XDMA得到的數據拆分和拼接，數據應用和指令控制模塊連接于PXIE機箱的AWG卡，數據應用和指令控制模塊解析采樣的數據。

5.根據權利要求2所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述擋位切換模塊具有-4v至4v、-2v至2v、-500mv至500mv、-200mv至200mv四個擋位。

6.根據權利要求5所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述π衰減模塊具有10：1、5:1、2:1及直連通路四個鏈路。

7.根據權利要求2所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述增益調整模塊由FPGA芯片構成，FPGA芯片將差分信號的電壓增益范圍調整至6dB至26dB。

8.根據權利要求3所述的應用于量子測控系統中數據采集卡，其特征在于：所述采樣模式模塊具有四種采樣模式，分別為連續采樣模式、帶觸發的連續采樣模式、觸發后數據采樣模式以及帶觸發前數據的采樣模式。

9.一種使用權利要求1-8中的數據采集卡采集數據的方法，其特征在于，包括如下步驟：

a)在PXIE機箱內插入一塊數據采集卡和一塊AWG卡；

b)PXIE機箱上電后與上位機相連，查看PCIE枚舉的設備，上位機控制AWG卡發出控制后端量子芯片工作的波形數據；

c)數據采集卡采集量子芯片的輸出信號，通過上位機讀取采集的信號進行分析，根據分析結果控制AWG重新調整后的控制量子芯片的波形數據。