同步多个任意波形发生器AWG通道

September 9, 2022 by florianf

您的应用是否需要多个具有精确稳定定时同步功能的AWG通道？在这篇博客文章中，我们将展示如何使用HDAWG任意波形发生器适用于从几个通道到144个通道的设置尺寸。我们演示了适用于不同使用情况的以下3种方法：

1. 1.使用HDAWG信道分组作为低复杂度信号的最简单方法

2. 2.使用核间触发，为高复杂度信号提供独立排序

3. 3.使用PQSC 作为扩展到多个设备的最佳方法

图1：由三级脉冲方案以及驱动脉冲的I和Q分量组成的多通道AWG序列示意图。

在通道1和2上，我们播放频率调制的RF脉冲，用作上变频电路的I和Q端口的输入。在通道3和4上，我们播放所谓的直流脉冲，即分段恒定电压电平的信号，以模拟脉冲序列的三个阶段。借助HDAWG序列器中的脉冲电平编程风格，我们可以轻松地在各个输出通道上生成脉冲序列。现在，让我们看看如何同步不同的通道。

信道分组

使用单个PlayWave（）序列指令在4个或所有8个输出上启用同步播放。中描述了多声道播放的语法。HDAWG手册.分组模式下的PlayWave（）指令支持非分组模式下可用的大多数功能，例如，能够动态调整AWG采样率分频器作为PlayWave（）指令中的参数。这有助于最大限度地减少波形记忆。

使用通道分组模式时，请记住以下几点：

单个playwave（）指令中的所有波形必须具有相同的长度。如果不是这种情况，AWG编译器将自动用零填充空闲输出，直到后面的playwave（）指令开始。

分组模式下的多信道脉冲序列通常需要被划分为在所有信道上具有一致长度的较小段，例如以实现交错脉冲序列。这可能需要对连接的脉冲进行分段，特别是在使用动态脉冲时，如本文所述博客文章.

也可以在分组模式下使用“命令表”功能。命令表允许您在一个序列指令中将波形回放与实时幅度和相位控制相结合，这对于以节省内存的方式实现长而复杂的信号非常有用。虽然在分组模式下所有内核都有一个单独的序列程序，但每个AWG内核的命令表仍然是独立的。然后，序列程序包含ExecuteTableEntry（<Index>）指令的列表，这些指令引用各个内核的命令表中具有给定索引的条目。空闲输出或缺少的命令表条目不会自动用零填充。相反，内核将不同步，因为丢失的波形将被跳过，并且回放将继续下一个可用的波形。

通道分组模式非常适合在所有通道上生成具有相似特性的信号。在我们的示例中，RF和DC信号在性质上有很大不同。我们有兴趣将RF信号中的空闲时间替换为节省内存的PlayZero（）指令，而不是零填充，并且我们可能希望改变脉冲幅度或电压电平等参数，同时重用那些不变信号的波形数据。这需要一种独立编程AWG内核的方法，因为使用方法如下所示。

核心间触发 

在内核间触发方法中，我们使用具有相同持续时间的单独序列对所有AWG内核进行编程，因此如果它们同时启动，则在每个AWG内核上具有相等采样率分频器的情况下，回放将始终保持同步。

为了实现这一点，我们将其中一个AWG核心指定为领导者，并使用它来触发所有剩余的核心，即跟随者。触发信号可以在标记输出1上生成，并通过电缆和1：4分路器分配到HDAWG前面板上的触发输入1、3、5和7。当使用单个HDAWG时，我们甚至可以通过Dio接口单独通过内部信号路径来实现这一点。Dio接口通常用于仪器间通信，但其状态也可由同一仪器内的不同单元设置和回读。因此，如果它不用于仪器间通信，它可以用作这些单元之间的触发信号路径。我们在LabOne的“ Dio ”选项卡和“ AWG Sequencer ”选项卡中配置Dio触发器，如表1所示：

表1：HDAWG上用于配置Dio以进行自触发的节点设置

这些设置将数字I/O模式切换到“ AWG序列器”，让序列器控制Dio的32位。此外，我们能够驱动4组中的第一组，每组8位。其他设置在的“触发器”子选项卡中完成。

图2：用于内核间触发的Dio选项卡（左）和AWG Sequencer选项卡（右）的Trigger子选项卡中的设置。

在领导者AWG核心的序列程序的开头，我们插入以下行。前3条线在Dio端口上产生触发信号。AWG内核和Dio端口之间存在内部传播延迟，这是我们可以利用的一个特性：我们可以使用waitDIOTrigger（）指令使该AWG内核由其刚刚发出的信号触发，这意味着我们不需要显式补偿领导者和跟随者AWG内核之间的传播延迟。

并且在跟随器AWG核心的序列程序的开始，我们插入下面的行以等待触发信号：

使用示波器的示例（如图1所示）中的预期脉冲序列（图3中的屏幕截图）。

图3：示波器屏幕截图，显示使用本文所附脚本生成的多通道AWG序列。

使用仪器节点/dev8xxx/sigouts/n/delay，我们现在可以微调各个输出通道之间的全局延迟，例如补偿不同的路径长度。总之，上述节点设置和序列导致在单个HDAWG仪器的所有输出上同步回放。

与PQSC同步

到目前为止，我们讨论了如何在单个仪器上同步输出通道。对于多个QCCS仪器的设置，PQSC可编程量子系统控制器提供了一种简单且可扩展的同步方法。它通过Zsync接口同步多达18个仪器，总共144个AWG通道。在此设置中，PQSC向所有连接的仪器发送一个或多个触发脉冲。所有序列程序开头的触发部分简化为单个WaitZSyncTrigger（）指令：

要通过PQSC启用同步，HDAWG的“ Device ”选项卡中的参考时钟源配置为“ Zsync ”。此外，在Dio选项卡中，数字I/O模式设置为“ QCCS ”。本文解释了多个HDAWG同步的扩展示例教程.因此，PQSC促进了所有仪器的全系统和子NS同步，并且是最好的