高速采样系统广泛运用于通信领域,高速雷达信号处理领域,以及高能物理粒子实验中。单片模拟数字转换芯片由于自身材料的局限性,难以同时满足上述领域对高采样率与高分辨率的需求。时间交替并行采样技术通过时分交错的方式组织多片性能相同的模数转换芯片,实现分辨率不降低的同时将采样率成倍叠加。本课题将研究重心放在解决超高采样率下,如何提升时间交替并行采样系统性能的问题。针对课题项目的需求与技术指标,论文确定了以8GSPS采样率,12位分辨率的系统设计硬件框架,对前端电路、系统时钟网络、高速数据流存储策略,以及通道失配离线补偿算法进行了深入的研究,将影响到整个系统性能提升的主要因素准确提取出来深入分析,给出问题解决的定量计算方法。论文的主要研究内容如下：1)提出8GSPS时间交替并行采样系统前端1路单端信号转8路差分信号的解决方案。给出信号功分失衡对系统无杂散动态范围影响的计算公式,并比较了引入威尔克逊功分器与引入差分T型匹配节的前端电路性能优劣,最后总结出本课题设计系统的前端信号调理电路解决方案。2)针对超高速采样系统对采样时钟严格要求的特点,设计了一整套完善的时钟网络解决方案。在保持高速采样时钟低抖动的前提下,实现板上采样通道同步与复位,控制时序在器件容错范围内,同时实现通道相位延时可微调。3)研究解决了高速采样系统的信号完整性问题与高速数据流存储问题,针对信号完整性问题设计一整套仿真方案,使得高速信号在传输过程中不会发生阻抗突变。针对高速数据流存储问题,运用大规模可编程阵列的片同步技术、串并转换技术以及大规模存储阵列,实现采样点的深度存储。4)设计了采样通道的离线补偿算法,利用F arrow结构分数延时滤波器与插值拟合的方式实现信号的失配估计与补偿,设计相应实验与仿真对课题设计算法进行有效验证,在文章最后实现了系统的硬件设计并对该硬件实验平台进行了性能验证。