数据采集系统是信息系统中不可缺少重要组成部分,也是数字信号处理与分析的基础,已被广泛应用于雷达、通信、物联网和遥测遥感等领域。为了能够满足雷达系统实时监测的需求,本文提出了由高速ADC芯片、高性能FPGA和USB3.0接口组成的高速数据采集系统设计方案和实现方法。将FPGA作为系统的核心控制器,实现数据的采集、缓存以及外设的驱动;脱离了CPU指令控制,数据的采集传输采用全硬件的操作方式,使系统更加高速,USB3.0作为数据传输接口,保证了数据的高速稳定传输。论文首先分析了现阶段国内外高速数据采集系统的架构和接口,针对其硬件结构冗余和接口灵活性较差的缺点,提出了研究FPGA和USB3.0超高速数据采集系统的必要性和重大意义;随后详细介绍了超高速数据采集系统中ADC、FPGA、DDR2和USBS3.0接口硬件设计关键技术,讨论了高速电路设计中要考虑的布局布线、电磁兼容性、信号完整性要求;在FPGA逻辑设计中总体概述系统架构,并详述了流水线式数据处理方式、DDR2缓存机制和Cypress公司的FX3芯片的驱动方式;然后介绍了FX3芯片固件程序、驱动程序和上位机软件的设计。最后在实验室环境下,对各通道、多模式条件下进行数据采集和分析,试验结果表明,该数据采集系统各通道无串扰现象,大数据量定点传输和连续传输时,无数据的误码和丢失,数据传输速度可达255.28 MByte/s。超高速数据采集系统采用高速ADC+FPGA+USB3.0方案,保证了系统的高速性和接口的灵活性。