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随着高集成化电路和FPGA应用的快速发展,测试系统模块化架构设计已经成为一种趋势。FMC(FPGA Mezzanine Card)是一种专门针对FPGA所定义的互联接口,在模块化数据采集系统的设计与实现中得到广泛应用。一方面,FMC模块之间的复用性和重构性为实现多功能数据采集系统奠定了基础;另一方面,FMC接口的高速多针特性有助于提升系统的采样率及带宽等性能指标。因此,基于FMC模块化构架的数据采集系统设计逐渐成为国内外学者研究的热点。论文基于FMC互联技术,设计了四种型号的FMC采集模块,分别为FMC3028(双通道3GSPS/8bits)、FMC1548(双通道1.5GSPS/8bits)、FMC4214(双通道400 MSPS/14 bits)和FMC5212(双通道500 MSPS/12 bits);同时,还设计了一种能兼容这四种采集模块的数据处理载板。模块与载板之间在物理互联的基础上,由载板FPGA中的接口逻辑进行控制而完成通信;其不同的组合方式可以实现功能特性各异的数据采集系统,适用于各种高速、高精度采集场合,具有高带宽、大动态范围等优势。FMC采集模块的兼容性接口逻辑设计划分为三种通用功能电路:型号识别及加密电路,采样时钟生成电路以及温度电压监控电路。其中,型号识别及加密电路采的主要功能是识别FMC采集模块的型号和保护系统设计的知识产权;采样时钟生成电路的主要功能是通过SPI总线配置采样时钟参数,产生相应的时钟供给ADC完成模数转换;温度电压监控电路的主要功能是对模块子板卡的温度、电压进行采集,并且把数据及时传给上位机显示和分析。在载板的数据流控方面,首先采用ChipSync技术实现对并行高速数据流的接收和处理;然后调用FPGA的DDR3 SDRAM存储控制IP核,完成大数据触发存储;最后,通过CPCI标准总线实现与上位机的命令通信,并完成高速大容量的数据流上传与显示。最后通过对型号识别及加密、采样时钟生成、温度电压监控、数据流接收以及触发存储电路的测试,验证了各个模块的功能实现;而且,上位机对采集数据的分析结果表明,每个FMC采集模块的SNR、SFDR及输入带宽等参数指标均到达了设计要求。