多通道同步数据采集设备主要应用在类似于空气动力学分析、人体生理电信号采集、机械状态监控、相控阵等这类大型测试任务中,任务的普遍特点在于要求较多通道并行采集、同时对于数据的同步性具有较高要求。针对现有数据采集设备通道数不足、同步性能较差的缺点,本文设计了一种并行测试通道多达224个、且具有较高同步性能的模块化数据采集系统。本文首先分析了同步性在并行数据采集任务中的重要意义,分析系统所需的各项性能指标;其次根据技术指标,提出了基于PXIe总线的模块化系统设计方案,并以此为基础,从硬件电路、固件逻辑、系统软件三个方面展开了对系统设计实现的论述。在硬件设计方面,首先从信号前端调理、测试数据的存储与传输等方面介绍了数据流路径的设计;其次根据对PXIe背板定时触发总线工作机制与原理的分析、时钟同步误差的来源与分配等方面详细介绍了时钟信号路径设计;最后对系统的电源管理路径进行了设计。在采集模块固件逻辑的设计上,采用自顶向下的设计方法,从TLP编解码逻辑、外部接口逻辑设计、自定义寄存器、以及多卡同步逻辑设计四个部分对固件逻辑的设计进行详细介绍。在系统软件的设计上,编写了针对不同功能类的设备驱动,并主要对中断处理与DMA中断的配置与工作过程进行了详细介绍;利用Qt编写了系统控制与数据显示的上位机软面板。通过搭建测试环境,本文最后对系统的采样精度、动态性能、时钟同步误差、以及相位差分辨精度这4项性能指标进行了测试。本文所设计的多通道同步数据采集系统可以支持最多224个通道并行采样,实验测试数据表明,校准后系统满量程绝对采样精度1‰,信纳比优于100d Bc,采样模块间采样时钟同步精度优于500ps,可分辨频率1k Hz、幅值10V正弦信号的最小相位差优于±0.050°,显著提升了此类测试设备的通道数目与同步性能。