随着科学技术的高速发展,高频电路的应用越来越广泛,对高频电信号测量的需求也逐渐增加,高频信号的测量分析通常需要高采样率、高带宽的示波器,并且要求示波器具有多种数据处理功能。随着计算机技术的成熟应用,结合计算机资源的插卡式示波器需求也逐渐增多。本课题在设计PXIe示波器采集板卡的基础上,完成12.8GSPS数据采集模块数字系统的设计。本课题的具体研究内容如下:1、高速采集模块数字系统整体设计。结合实际需求,根据高速采集系统的架构与原理,分别对模数转换器和现场可编程门阵列进行对比分析,选择合适器件构建采集系统。分析高速采集系统对时钟的需求及时钟抖动对高速采集系统的影响,设计具体的时钟方案。在此基础上给出本课题的总体设计方案。2、高速数据接收与处理设计。分析了JESD204B串行传输协议,设计了基于JESD204B协议的时间交替采样系统,并分析TIADC系统造成的各种误差,设计误差校准方案。对高速采样数据进行接收,设计异步FIFO对数据进行同步接收,然后研究ADC与FPGA之间数据映射与解映射的关系,并由此设计出高速数据接收方案。同时,还分析了多个ADC之间的同步问题。此外,本课题进一步研究了数字示波器不同的采集模式,分析硬件分频和峰值检测等数据处理的实现方案,给出了具体的逻辑电路。3、存储与触发模块设计。详细分析了数字示波器触发功能的原理以及模拟边沿触发的不足之处,进一步给出了一种数字边沿触发方案。通过对高速采集系统高速数据流的数据吞吐量进行分析,设计了基于外部存储器DDR3 SDRAM的存储电路。并根据FPGA中MIG核读写时序要求,设计DDR SDRAM的逻辑电路,实现对DDR3 SDRAM的读写控制。结合数字边沿触发及存储控制电路,设计出准确识别一段采样数据中触发点的方案。本课题设计的高速数据采集模块,最高实时采样率12.8GSPS,垂直分辨率8bit,最大存储容量2Gpts。具有硬件分频、峰值检测与大容量数据存储功能,并且可以通过数字边沿触发找到准确的触发点,使得波形能够稳定显示。