高速数据采集与光纤传输系统的设计与实现

针对航天、雷达、通信等领域的高速数据采集与传输系统中存在采样率低、传输速率不足的问题，设计了一种高速数据采集与光纤传输系统。系统以FPGA为主控芯片，利用8路AD9226采集电路实现高速数据采集，通过基于Aurora协议的两条高速光纤传输链路达到高速数据传输需求，并设计了边沿触发、门控触发以及手动触发，以满足不同应用场合的触发需求。经过大量实验表明，该系统稳定性高、可靠性强、适用范围广，最高采样率为60 MHz，传输速率可达7.68 Gb/s。该系统已成功应用于某型高速数据记录仪中。 高速数据采集与光纤传输系统是现代航天、雷达和通信领域中的关键组成部分，它们对于处理大量实时数据至关重要。传统的数据采集和传输系统往往面临采样率低、传输速率不足的问题，限制了系统的性能和应用范围。为了解决这些问题，本文提出并实现了一种新型的高速数据采集与光纤传输系统。 该系统的核心是FPGA（Field-Programmable Gate Array），选用的是Xilinx公司的Virtex-6 FPGA，它具备高速收发器和多种IP核，特别适合高速数据处理任务。FPGA控制模块负责生成8路A/D采集模块的工作时序，控制可编程时钟电路，执行高速光纤通信，以及解析外部触发信号。 A/D采集模块则采用8片ADI公司的AD9226芯片，这是一种12位、65 MS/s的高速模数转换器。AD9226芯片的电压输入范围是1.0 V至3.0 V，但通过在前端设计衰减电路，可以扩展至-5 V至+5 V，确保更广泛的电压采集范围。8路AD9226采集到的数据，经过编码打包成128位的数据帧，以适应7.68 Gb/s的最高数据速率。 为了实现高速传输，系统采用Aurora协议，这是一种支持流式和帧式传输模式的串行通信协议，可以灵活应对全双工或单工数据通信。Aurora协议的8b/10b编码技术提高了数据传输的效率和可靠性，同时利用FIFO（First In First Out，先进先出）存储器来匹配数据速率和缓存数据，确保数据的准确无误传输。 数字逻辑设计部分包括可编程时钟电路配置、AD9226控制、外部触发模块以及光纤收发模块的控制。可编程时钟电路能够产生不同频率的时钟信号，以适应不同采样率的数据采集需求。外部触发模块允许根据特定条件启动数据采集，增加了系统的灵活性和针对性。 实验结果表明，该系统表现出高稳定性和强可靠性，采样率最高可达60 MHz，传输速率高达7.68 Gb/s，成功应用于高速数据记录仪中。这种高速数据采集与光纤传输系统的创新设计，显著提升了数据处理能力，解决了当前领域中的瓶颈问题，为航天、雷达和通信等行业的数据处理提供了强大的技术支持。