高速数据采集广泛应用于通信、雷达、测试仪器等领域。目前国内相对于国外在采样率、带宽、性能等方面还存在较大差距,针对这一现状,以及国防武器装备对高速数据采集的实际需求,本课题对高速数据采集的理论及应用进行深入研究,本论文的研究工作主要包括三方面:首先,在对高速数据采集卡指标进行分析的基础上,给出了1GSPS数据采集卡的设计方案,论述了硬件电路各个部分的实现方法,对关键芯片的选型及相应的控制逻辑,给出了较为详细的论述。本设计中FPGA作为主控器,对各个模块实现控制,同时实现接口电路。文中硬件设计部分给出FPGA作为主控制器的控制逻辑及时序状态图,软件部分介绍了上位机向数据采集卡发送命令、读写数据的控制流程。其次,针对高速数模混合电路中存在的数字信号对模拟信号干扰问题,本课题研究了使用HFSS全三维电磁场仿真优化PCB布局布线、地平面分割的方法,提高了ADC的有效位数。论文详细说明了使用HFSS仿真优化数据采集卡布局布线及地平面分割的流程,并在实际电路板上给出了选择性验证。第三,本文对并行采样的ADC失配误差进行了分析和研究,并给出了修正通道间失配的方法。对于非均匀采样失配,调整采样时钟相位可减小误差,本文使用的调整方法可使时钟调整分辨率达到10ps以下。另外,本文研究了模拟带宽增强技术和波形重建技术,用来改善高速数据采集卡的频率响应不平坦问题、以及采样率有限带来的波形失真问题,有效提高了数据采集卡的性能。本文最后给出了数据采集卡的测试及性能分析。测试分析结果表明,数采卡的功能和各项技术指标符合设计要求。