用于量子测控系统的多板卡信号同步方法、设备及介质与流程

1.本技术涉及量子测控系统技术领域，具体涉及一种用于量子测控系统的多板卡信号同步方法、设备及介质。


背景技术：

2.目前，电子信息技术产业发展迅速，出现各类高性能可编程逻辑芯片，可以实现很多复杂的应用需求。当前量子技术发展迅速，需要同时进行操控的量子比特的个数越来越多，这就需要量子测控设备能够同步发出多路波形信号，以实现对多个量子比特进行测量。
3.现有技术中量子测控设备对多路波形信号进行同步的方法有很多，但实现方案较为复杂，且需要外部触发信号与板卡工作时钟有固定相位等条件，对用户的使用造成了很多限制以及不便。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，即为解决现有技术中量子测控设备对多路波形信号进行同步时，实现方案复杂，且需要外部触发信号与板卡工作时钟有固定相位等限制条件的问题，本技术提出了一种用于量子测控系统的多板卡信号同步方法、设备及介质，包括：
5.第一方面，本技术提出了一种用于量子测控系统的多板卡信号同步方法，包括：确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟；根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数；确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡；通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
6.在一个示例中，根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期之前，所述方法还包括：获取多个板卡分别与上位机之间的线路长度，以及通过用户指令获取校准延时周期；根据所述线路长度确定最长计数周期，并将所述最长计数周期与所述校准延时周期进行相加，作为计数阈值。
7.在一个示例中，确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡，具体包括：确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采集所述外部触发信号的上升沿；根据所述上升沿采样结果，若确定当前计数的周期不满所述校准延时
周期，则通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡，否则，直至所述当前的计数周期为第一指定值时，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡，其中，所述第一指定值属于所述校准延时周期的范围。
8.在一个示例中，通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号，具体包括：确定所述其他板卡接收到由所述主控板卡转发的所述外部触发信号；通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿；根据所述上升沿的采样结果，若确定当前的计数周期为第二指定值，则通过所述其他板卡发送波形信号，否则，直至所述当前的计数周期为第二指定值时，通过所述其他板卡发送波形信号，其中，所述第二指定值属于所述校准延时周期的范围。
9.在一个示例中，确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号之前，所述方法包括：通过时钟发生器产生具有固定相位关系的参考时钟信号以及校准时钟信号，其中，所述校准时钟信号的时钟周期为多个板卡计数时钟周期的整数倍。
10.在一个示例中，所述方法还包括：根据用户指令确定所述参考时钟信号的时钟频率。
11.在一个示例中，所述方法还包括：获取所述多个板卡的最长传输时延，并根据所述最长传输时延确定所述计数时钟周期的倍数，并根据所述倍数生成所述校准时钟信号。
12.在一个示例中，所述方法还包括：通过等长的bnc同轴电缆，向所述多个板卡发送所述参考时钟信号以及所述校准时钟信号。
13.另一方面，本技术还提供了用于量子测控系统的多板卡信号同步设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如下指令：确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟；根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数；确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡；通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
14.另一方面，本技术还提供了一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为：确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟；根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升
沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数；确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡；通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
15.通过本技术提出的用于量子测控系统的多板卡信号同步方法、设备及介质能够带来如下有益效果：针对现有量子测控领域信号同步方案中实现方案复杂、对外部触发信号和板卡工作时钟有固定相位等要求，提出了一种用于量子测控系统的多板卡信号同步方法。该方法实施方便，流程简单，高效稳定。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1为本技术实施例中用于量子测控系统的多板卡信号同步方法的流程示意图；
18.图2为本技术实施例中用于量子测控系统的多板卡信号同步设备的示意图。
具体实施方式
19.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。
21.如图1所示，本技术实施例提供的一种用于量子测控系统的多板卡信号同步方法，包括：
22.s101：确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟。
23.具体地，上位机确定待同步的多个板卡，同时，在这之前，上位机还应该通过时钟发生器产生具有固定相位关系的参考时钟信号以及校准时钟信号，其中，校准时钟信号的时钟周期为多个板卡计数时钟周期的整数倍。
24.此外，还可以根据用户指令确定参考时钟信号的时钟频率，作为各板卡fpga芯片做内部电路的系统参考时钟。
25.此外，校准时钟信号作为各板卡计数起点的校准时钟，时钟周期为个板卡计数时钟周期的整数倍，倍数根据需要同步的各板卡最长传输延时确定，也即上位机可以获取多个板卡的最长传输时延，并根据最长传输时延确定计数时钟周期的倍数，并根据倍数生成校准时钟信号。
26.此外，还可以通过等长的bnc同轴电缆，向多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号。
27.s102：根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数。
28.在这之前，上位机或系统还应该获取多个板卡分别与上位机之间的线路长度，以及通过用户指令获取校准时延周期，并根据线路长度确定最长计数周期，例如30个计数周期，并将最长计数周期与校准延时周期，例如10个计数周期进行相加，作为计数阈值，也即40个计数周期。
29.例如，各板卡根据计数阈值，确定分别对应的计数时延周期，计数时延周期应在计数阈值范围内，且跟上位机与板卡之间的线路长度有关。
30.例如，假设需要同步的板卡数量为5，第一级主控板卡向第二级第一板卡发送外部触发信号的延时为10个计数周期，向第二级第二板卡发送外部触发信号的延时为15个计数周期，向第二级第三板卡发送外部触发信号的延时为20个计数周期，向第二级第四板卡发送外部触发信号的延时为30个计数周期，因此最长计数周期为30个计数周期，计数阈值为最长计数周期30加校准延时周期10，即40。
31.进而，各板卡各自用计数时钟采样校准时钟信号的上升沿，每个板卡只采样一次即可，采样到上升沿后，根据上升沿采样结果，开始以计数时钟为周期，进行对应的技术时延周期后，进行累加循环计数。
32.s103：确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡。
33.具体地，上位机确定多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过主控板卡采集外部触发信号的上升沿。
34.进而，根据所述上升沿采样结果，若确定当前计数的周期不满校准延时周期，则通过主控板卡将外部触发信号转发至多个板卡的其他板卡，否则，直至当前的计数周期为第一指定值时，通过主控板卡将外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡，其中，第一指定值属于所述校准延时周期的范围。
35.例如，主控板卡采样到外部触发信号的上升沿后，若该板卡的当前计数周期的数目大于5小于10，则将外部触发信号发送给其他板卡，否则等到下一计数周期为5时，再将外部触发信号发送至其它板卡。此处5即为第一指定值，由于校准延时周期为10，因此，第一指定值应为10之内。
36.s104：通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
37.具体地，上位机确定其他板卡接收到由主控板卡转发的外部触发信号。
38.进而，通过其他板卡采样由主控板卡转发的外部触发信号，并采样外部触发信号的上升沿。
39.根据上升沿的采样结果，若确定当前的计数周期为第二指定值，则通过其他板卡发送波形信号，否则，直至当前的计数周期为第二指定值时，通过其他板卡发送波形信号，其中，第二指定值属于所述校准延时周期的范围。
40.例如，其他板卡自行采样主控板卡转发的外部触发信号，并在采样到外部触发信号的上升沿后，等到计数周期为1时，将波形信号发出。此处的1即第二指定值，由于校准延时周期为10，而主控板卡的计数周期的数目的采样范围大于5小于10，因此主控板卡的计数周期的数目最大为9，因此第二指定值只能为1，以保证最终的校准延时周期相加不超过10。
41.在一个实施例中，如图2所示，本技术还提供了用于量子测控系统的多板卡信号同步设备，包括：
42.至少一个处理器；以及，
43.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
44.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如下指令：
45.确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟；
46.根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数；
47.确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡；
48.通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
49.在一个实施例中，本技术还提供了一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为：
50.确定待同步的多个板卡，并向所述多个板卡发送参考时钟信号以及校准时钟信号，且所述多个板卡分别通过模式时钟管理器对所述参考时钟信号进行分频处理，得到各自对应的计数时钟；
51.根据计数阈值，确定所述多个板卡分别对应的计数时延周期，以及通过所述多个板卡各自对应的计数时钟采样所述校准时钟信号的上升沿，并根据上升沿采样结果、对应的所述计数时延周期以及对应的计数时钟，将所述多个板卡开始累加循环计数；
52.确定所述多个板卡中的主控板卡开始采样外部触发信号，并通过所述主控板卡采样所述外部触发信号的上升沿，并根据上升沿采样结果以及所述计数阈值，通过所述主控板卡将所述外部触发信号转发至所述多个板卡的其他板卡；
53.通过所述其他板卡采样由所述主控板卡转发的所述外部触发信号，并采样所述外部触发信号的上升沿，并根据所述上升沿的采样结果以及所述计数阈值，通过所述其他板卡发送波形信号。
54.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备和介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实
施例的部分说明即可。
55.本技术实施例提供的设备和介质与方法是一一对应的，因此，设备和介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述设备和介质的有益技术效果。
56.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
57.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
58.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
59.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
60.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
61.内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
62.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
63.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要
素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。