RFSoC-система рассчитана на считывание 2048 сверхпроводящих резонаторов
Для считывания крупных массивов кинетико-индуктивных детекторов разработана двухканальная система на AMD Zynq UltraScale+ RFSoC XCZU28DR. Архитектура рассчитана на 1024 резонатора в каждом комплексном тракте шириной 512 МГц, суммарная проектная ёмкость одной платы ZCU111 достигает 2048 частотных каналов.
Встроенные АЦП и ЦАП работают на 4.096 Гвыб/с с восьмикратной децимацией и интерполяцией. На приёме сигнал проходит 1024-точечный четырёхотводный полифазный фильтр с окном Blackman–Harris и FFT. Прошивка выбирает занятые бины, выполняет дополнительное преобразование CORDIC-DDC, накапливает отсчёты и отправляет чередующиеся I/Q-данные по UDP/Ethernet. Замена таблиц преобразования в BRAM двумя CORDIC-блоками освободила память, однако эта версия тракта утратила совместимость со считыванием TES-детекторов.
Передающая частотная гребёнка рассчитывается программно через IFFT, масштабируется под 14-битный ЦАП и хранится во внешней DDR4. Такой подход снимает ограничение объёма внутренней BRAM, но исключает независимый динамический синтез каждого тона внутри FPGA. Аналоговый IF-модуль содержит квадратурные модулятор и демодулятор, аттенюаторы с диапазоном 0–31.75 дБ и общий программируемый гетеродин до 4 ГГц. Общий LO частично компенсирует собственный фазовый шум при гомодинном преобразовании; мгновенная комплексная полоса при этом остаётся равной 512 МГц на тракт.
При подаче тона 240 МГц уровнем +5 dBm АЦП показал SNR 56.2 дБ и SFDR 75.7 дБ, эквивалентная спектральная плотность шума составила −149.2 dBm/Hz. Для гребёнки из 1000 тонов типичная мощность одного тона достигала −44 dBm, а внеполосный шум ЦАП — −151.7 dBm/Hz, или около −108 dBc/Hz относительно отдельной несущей.
В цифровом loopback после удаления двух коррелированных PCA-компонент средний шум составил −102.7 dBc/Hz для 1000 тонов, −115.0 dBc/Hz для 100 и −125.5 dBc/Hz для 10. Полный тракт с IF-модулем дал −100.6 dBc/Hz на 1000 тонах. При сокращении гребёнки обнаружился уровень около −110 dBc/Hz, который связывается с неполным подавлением фазового шума LO. До PCA-коррекции низкочастотный шум возрастал примерно с −100 dBc/Hz на 100 Гц до −80 dBc/Hz на 0.1 Гц.
Система также испытана с 869 рабочими тонами камеры SKIPR, содержащей полный массив из 3840 KID. Измерено −98.5 dBc/Hz вне резонансов, −87.0 dBc/Hz в частотной координате детектора и −92.4 dBc/Hz в диссипативной координате. Разница соответствует режиму, где итоговый шум задаётся детекторами и фотонным фоном.
Число 2048 описывает ёмкость двухканальной FPGA-архитектуры. Подробные шумовые тесты охватывают преимущественно 1000 тонов в одном тракте, а измерение с физическим массивом выполнено на 869 резонансах. Для KidPy, rfsocinterface и двухканальной прошивки заявлена открытая модель разработки, однако препринт не содержит однозначных ссылок на репозитории, версии и лицензии. Воспроизводимость всей аппаратно-программной сборки пока остаётся неподтверждённой.