脉冲发生器是一种用来发生脉冲信号的系统,常用于实现多个仪器之间的同步和控制。因此它被广泛应用到科研和工业的各个领域。本文中所设计的脉冲发生器是基于实验室的需要来进行设计的,用于产生能够作为量子控制实验中控制多个仪器的脉冲信号,如控制声光调制器影响激光的通断和控制微波开关来调节发送微波脉冲的时间长度,进而调控电子自旋状态等。同时本设计也可应用于雷达、医学成像及多个科研和教学领域之中。本设计基于Opal Kelly公司的FPGA核心板进行设计。本设计以FPGA芯片作为脉冲发生器的核心,搭配Mircon公司的SDRAM芯片来扩展存储空间,共同构成了脉冲发生器的硬件主体部分。文中采用直接波形产生方式将脉冲信号转化为一系列的二进制数序列,又定义了一种脉冲数据格式,在上位机上使用Python语言把得到的二进制序列编码为该种结构的脉冲数据,打包发送给FPGA,存储于SDRAM中,在接收到输出脉冲指令时,读出数据由FPGA的数据处理模块根据数据结构的格式进行译码,最终输出脉冲信号。本文还研究了SDRAM的工作原理,从而按照该SDRAM芯片的性能参数设计了SDRAM控制器模块,以实现SDRAM的读写操作,同时使用FIFO来对不同时钟域进行分割以及对数据传输过程数据位宽进行调整。本设计的优点在于成本低廉,系统集成度高,可控性高,且通过SDRAM芯片的扩展,使得存储空间得到了大大的提升。本设计成功地实现了分辨率达2ns的脉冲信号发生器,其同时可输出24路脉冲序列,各脉冲序列在符合分辨率的前提下可完全自定义,而且为了与实验系统中其他仪器进行同步,设置了一个外部时钟接口。相比同类型的商用产品——SpinCore公司的PBESR-PRO-500型号的脉冲发生器,本设计在性能基本一致的情况下,成本远低于该产品的价格。