本文介绍了一个基于VXI(VMEbus extension for instrumentation)总线的500MSPS的高速数据采集模块的设计。电路的设计是基于高速的A/D变换和FPGA技术,实现高速数据采集、数据的快速传输、缓存和模块灵活控制三者之间的结合。本设计模块采用VXI总线C尺寸及I,Q支路双通道设计,通道采样率最高为500MSPS,系统存储深度为每通道2MB,中央处理器采用高速嵌入式CPU——PowerPC405GP,时序和逻辑电路由FPGA实现。在讨论了信号调理电路功能及必要性的基础上,给出了本模块设计的详细方案。在本模块的设计中,有着大量的逻辑设计,对硬件语言程序的编写要求比较高,因此,文中介绍了硬件程序设计的基本流程,以及几种基于VHDL硬件语言设计在高速逻辑设计中非常重要的方法。同时阐述了本模块设计的前端FPGA的内部模块结构,设计的重点、难点,并给出了重要模块的时序仿真结果。高速PCB的设计也是目前实现高速数据采集系统的难点和重点,文中详细的阐明了高速PCB设计中的注意点,以及作者在设计本模块时的经验和心得。高频信号线采用端接匹配优化策略,并对整个设计进行了信号完整性分析及软件仿真,同时给出了实际电路中高频信号的软件仿真结果。模块的综合性能测试表明其动态有效位数为6位以上,信噪比为33dB以上。在测试中系统工作正常,证明系统原理与硬件设计是成功的,满足实际应用的需要,适用于高速数字信号处理领域。