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随着数字技术的高速发展,许多应用领域中对数据采集系统的性能要求越来越高,需要高采样率和大容量缓存的同时,还需要一个高性能计算机I/O总线作为通信接口。本文主要研究了基于PCI Express总线的双通道高速数据采集模块的软硬件实现方法,综合运用高速ADC、FPGA、DDR2和PCI Express桥接芯片等技术,模块最终实现了最高198MSa/s采样率,具有13位分辨率和256MB缓存。在硬件设计上,根据模块的技术指标,分析论证并提出了各个硬件电路设计方案,对关键芯片的选型,给出了较为详细的论述。在前端通道设计中,实现了AC/DC交直流耦合、1MΩ/50Ω输入阻抗、可编程放大/衰减和低通滤波等功能;采用专用时钟发生芯片来产生ADC所需的采样时钟,选用孔径抖动小的采样时钟能有效的提高ADC动态性能。在高速大容量缓存设计中,选择DDR2 SDRAM作为模块板载存储器,使缓存深度达到256MB,并且DDR2具有很高的数据传输带宽,满足本模块双通道ADC采样数据的实时缓存。在PCI Express总线接口设计中,采用专用桥接芯片PEX8311,提高了设计的可靠性。该芯片实现了PCI Express总线到本地总线的协议转换,具有丰富的本地总线操作和数据传输模式,为用户提供了强大的本地总线操作方案。本模块采用FPGA作为主控制器,实现了对采集数据、数据缓存、触发和各个电路的控制。根据信号完整性理论,给出了针对FPGA、DDR2和PCI Express高速接口中高速信号的电路设计方案和印制电路板布局布线方案,保证了高速信号的质量。在软件设计上,采用Microsoft Visual Studio和NI Measurement Studio作为软件开发平台,利用PLX公司的软件开发包,设计了具有数据采集控制、数据显示控制、采样率设置、采样通道参数设置、触发参数设置、自检和硬件复位等功能的上位机应用程序。本文最后给出了模块的测试及性能分析。测试分析结果表明,双通道高速A/D模块的功能和各项技术指标符合设计要求。