随着半导体产业和半导体工艺的飞速发展,模数转换芯片、数据存储芯片、控制芯片等在工艺和设计的进步下性能也日益提高,这为更高性能的数据采集系统提供了坚实的硬件基础。数据采集系统是将外界的模拟信号转换成数字信号并加以进行数据处理和传输的多模块信号处理系统。随着电子信息产业的快速发展,对高性能的数据采集系统的需求也日益增加,高速、高精度的数据采集系统已成为医疗设备、无人驾驶、高精度导航等诸多场景应用的解决方案。近些年通信技术不断迭代发展,各种通信接口技术层出不穷,在满足数据采集系统的采样速度和精度的前提下,快速稳定的数据传输也成为采集系统发展的新趋势。本论文介绍的数据采集系统是基于ADC+FPGA的设计方案,ADC芯片采用是ADI公司设计研发的AD9467芯片,这款芯片的采样速率有200Msps,采样精度有16bit,是一款兼顾采样速度和采样精度的高性能ADC芯片。FPGA选取的是Xilinx公司开发的Virtex-6芯片,具体型号是XC6VLX240T-2FF1156,这款FPGA采用的是40nm铜CMOS工艺,有充足的逻辑资源和存储资源进行开发设计,FPGA有1.3Gbps的高I0收发速率,能够满足AD9467的高速数据传输的接收要求。设计采用千兆以太网作为数据传输接口。千兆以太网传输具有低延时、大数据传输量等优点,且以太网接口在终端硬件产品中有着广泛的应用。笔记本电脑、主机箱等都配备有以太网接口,在实验调试中方便多种终端产品(笔记本电脑、台式机)和采集系统进行互联和数据传输,增加了采集系统应用的灵活性。由于ADC具有较高的采样速率,系统的数据传输有较大压力,故选择用DDR3内存条作为系统的高速储存器件,可以减少占用FPGA内部有限的存储资源,配合Xilinx公司提供的DDR3控制器IP核,完成对DDR3的读写控制,为了简化开发采用了 IP核中已集成时序参数的内存条型号,即镁光公司生产的MT4JSF12864HZ,存储容量有2GB,工作电压在1.5V。基于千兆以太网数据传输接口设计了上位机软件,用以方便用户在计算机上对数据采集系统的运行和数据的收发进行控制。以太网的传输通道是在MAC层基础上实现的,不支持TCP/IP协议,因此使用了Winpcap技术直接在MAC层抓取数据帧,协同下位机完成数据的传输任务。论文也介绍了对采集系统的测试方案,对采集系统的ADC静态性能、动态性能、以太网的传输性能、DDR3的存储性能等进行了测试和分析;论述了各种性能指标对于数据采集系统的意义,对测试结果进行了评价,并基于测试总结了系统设计优势和有待改进之处。此论文涉及到的工作主要包括前期的芯片选型、采集系统原理图和板图的绘制、数据传输逻辑的设计、上位机软件的设计、采集系统的测试等。通过合理的硬件设计,数据采集系统的有效位接近12位,在200Msps的高采样率下达到了较高的转换精度。论文的整体工作是从设计到仿真到测试的闭环研发流程,可为后续进行数据采集系统开发的设计人员提供参考和借鉴。