我校硅探测器实验室完成两款像素传感器MIC1和TopMetall的设计研发、流片、测试和应用工作后,设计了第三款像素探测器芯片TopMetal2-,该芯片现正处于测试阶段,其基本原理是通过暴露的顶层金属收集电荷并转换为电信号输出。本文的主要研究目标是研制一款用于该芯片测试的高性能数据获取系统。目前应用于高能物理实验的数据获取系统由于结构复杂、体积庞大、数据读出速率低,商用数据采集板卡和主控单元由于高成本、资源浪费等缺点均不适用于小型实验、探测器芯片测试等应用。鉴于此,本文研制了一款基于TopMetal2-芯片测试及应用的低成本、高速、高精度、易扩展的数据获取系统。本系统以可扩展的最小硬件单元中Xilinx Kintex-7系列FPGA为逻辑控制核心,控制4通道、125MSPS、16位ADC完成模数转换,数据以JESD204B协议8b/10b编码,4通道数据合并为2个5Gbps数据通道传输,缓存于512MB DDR3 SDRAM存储器,并在PC和MicroBlaze控制下通过以太网将数据传送到PC端存储和分析。数据获取系统由硬件电路、控制逻辑固件和系统软件三部分组成。硬件电路分为前端调理板、ADC采样板和FPGA主控处理板,前端调理板调理模拟信号以匹配ADC输入要求；ADC采样板完成模数转换并编码传输数据；FPGA主控处理板完成系统控制、数据存储和传输。控制逻辑固件使用JESD204B完成串并转换、解码和数据去扰,通过MIG控制DDR3完成数据缓存,使用TEMAC初始化以太网链路进行控制命令和数据传输。系统软件包含FPGA软核MicroBlaze控制软件和PC端分析软件,控制软件从DDR3存储器中读取所需数据并通过以太网传给PC进行离线分析。目前本数据获取系统已成功应用于多个TopMetal2-测试应用项目中,获得了良好的效果,表明本数据获取系统在125MSPS采样率、16位采样精度、5Gbps数据通道速率下稳定工作。