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近年来,随着量子信息技术、生物科技等高新技术发展迅猛,对微弱光信号检测采样的研究越发引人关注。不同于采集强光信号,微弱光信号在信息提取环节对采样模块的分辨率和采样率要求更高。如何高速高精度地对微弱光信号进行信息采集,关系着系统整体性能的优劣。但在一个实际采样系统中很难同时满足微弱光信号采样高分辨率和高采样率的需求。为解决这一难题,以往使用的是多片ADC芯片并行采样方案,实现电路复杂。不同于并行采样方案,本文设计了一种基于单片高速ADC芯片和可编程实验芯片的等效采样系统,具体内容如下:1.分析了微弱光信号采样过程中遇到的高采样率与高分辨率之间相互矛盾,提出了采用等效采样的方法。2.给出了利用可编程时延芯片对采样时钟进行等步长时延,实现顺序等效采样的方案。讨论并设计采样子卡电路。整个采样子卡电路主要分成5个模块,分别是以LMK03806芯片为核心的时钟发生模块,以MC10EP195芯片为核心的高精度可编程时延模块,以高速ADC芯片ADS54RF63为核心的ADC采样模块,以FMC-LPC为接口的采样子卡与FPGA开发板之间的数据交互模块和采样子卡供电模块。最终,根据设计好的电路原理图,绘制PCB板并制成采样子卡实物。3.测试采样子卡性能,分三个模块进行测试。一是对子卡的时钟发生模块进行测试,验证两个功能:一个是能够支持FPGA开发板对时钟芯片寄存器的写入,成功输出高频稳定时钟;另一个功能是可以实现收发系统之间的时钟同步,避免采样漂移。二是对ADC采样模块进行测试,通过程序设计解决采样中的亚稳态问题。测试结果表明在200MHz的采样频率下,采样子卡的有效位数能达到9.25bits。三是测试可编程时延模块,成功编程控制MC10EP195芯片实现对100MHz的采样时钟的实时时延,等效采样频率可以达到2GHz。本文设计并实现了一种用于微弱光信号高精度采样系统,能够兼顾到高精度采样技术中的高速率和高分辨率的需求。该系统借助可编程时延芯片实现等效采样,实现简单,在微弱光信号采样中有广泛应用。