如今,大多数高速数据采集系统都依托于功能强大的计算机进行数据的存储和分析,而USB 3.0规范以其数据吞吐速度快、兼容性好以及使用方便等优点,逐渐成为各种计算机平台争相使用的数据传输方式。现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)凭借其强大的处理能力和可以多次进行逻辑编程等特点,成为了数据采集系统中的常客。因此,基于USB 3.0和FPGA的数据采集系统成为了近年来较为热门的研究方向之一。本文对基于USB 3.0和FPGA高速数据采集系统进行了系统的研究,重点介绍模数转换器、采样时钟、FPGA以及USB 3.0接口外围电路和FPGA中各个配置模块和功能模块数字逻辑设计,包括了滤波的设计以及信号完整性的分析。在设计完成后,对系统进行硬件以及FPGA逻辑功能模块进行调试并对调试过程中所遇到的问题进行了分析,在调试结束后对系统进行了测试。主要内容如下:首先对系统的总体设计进行了描述,包括了开发环境,芯片选型的依据,以及系统设计的要求,确定了系统的设计方法和工作流程以及各个关键芯片的型号。其次对系统的硬件设计进行介绍,包括各个关键芯片进行了详细的描述,并对各个关键芯片对应的外围电路的设计思路和过程进行了详细描述。然后从PCB布板和电源结构的角度,描述了高速信号的完整性的分析,提出了采用多层板设计,信号分层隔离设计等能够降低或者避免串扰、电源完整性以及电磁兼容性等对系统产生不利影响的方法。并介绍了本系统的整体PCB结构和关键电路的PCB布局走线的方案。之后分别描述了FPGA芯片的内部逻辑功能模块,包括如何对各个关键芯片的配置和控制。同时介绍了采样数据的接收、缓存以及传输的方法。最后对整个系统调试方法以及调试过程中所遇到的问题进行了描述,对典型问题进行分析并分享了寻找问题的思路和解决方法,以及对系统最终测试情况的介绍。