2Gsps高速数字示波器采集系统设计与关键技术选型

本文探讨了一种高性能的2Gsps数字存储示波器数据采集系统的设计，该系统采用了先进的ADC（模数转换器）+高频时钟电路+FPGA（现场可编程门阵列）+DSP（数字信号处理器）的集成架构。这种设计旨在实现高速度和高分辨率的数据采集，为国内同类系统的研究和发展提供一个实用且高效的参考方案。 首先，系统的关键技术指标包括双通道同步工作，每通道最高实时采样率高达2Gsps，垂直分辨率8bit，并支持8MB/CH的存储深度。选择Atmel公司的AT84AD001作为双通道ADC，其单通道采样率可达1Gsps，通过交错模式可实现2Gsps的并行采样，8bit分辨率满足高精度需求。LVDS数据输出格式提供了灵活性，支持1：1或1：2的数据输出选项，全功率输入带宽为1.5GHz，输入电压范围宽达500mVpp。 为了保证高速度和精度，文章强调了对采样时钟的精确控制。尽管FPGA内建的锁相环倍频电路在大多数情况下足够，但针对目标系统1GHz的采样频率需求，Altera和Xilinx高端FPGA的I/O输出频率限制成为了挑战。因此，选择了NS公司生产的高频时钟芯片LMX2531LQ1910E，它的输出频率范围在917MHz至1014MHz之间，能够满足设计需求。此外，LMX2531LQ1910E以其低抖动和相位噪声特性，确保了系统的稳定性。 系统中的FPGA负责处理和调度数据流，而DSP则用于数据的进一步处理和分析，如滤波、信号处理和实时显示等。SRAM（静态随机存取存储器）被用来存储采集到的数据，以便于后续的回放和分析。设计中还特别提到了AT84AD001的FISDA功能，它允许对Q通道的采样时刻进行微调，有效地解决了由于采样时钟占空比非50%可能导致的精度问题。 本文设计的2Gsps数字示波器数据采集系统不仅注重速度和分辨率的提升，还关注了关键器件的选择及其特性，确保了系统在实际应用中的稳定性和准确性，为国内高速数据采集系统的研发提供了一个有价值的参考框架。