文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200867
中文引用格式： 李海濤，李斌康，田耕，等. 基于JESD204B的1 GS/s、16-bit數據采集系統研究[J].電子技術應用，2021，47(4)：126-131.
英文引用格式： Li Haitao，Li Binkang，Tian Geng，et al. Research on 1 GS/s，16-bit data acquisition system based on JESD204B[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：126-131.
0 引言
隨著微電子技術、半導體制造工藝的飛速發展，越來越多的數據采集系統基于“ADC+FPGA”的架構，實現定制化的性能參數。一般情況下，模擬信號輸入ADC進行模擬數字轉換，ADC輸出采樣數據至FPGA；當ADC輸出的采樣數據率高于FPGA內部邏輯資源的處理速率時，FPGA不能直接接收數據進入其內部邏輯資源，需要對輸入數據進行接收轉換、延時調整和降速處理等操作之后，才能進入FPGA內部處理；再通過外部總線協議讀取FPGA內部的緩存數據，做在線數據分析或離線數據分析。
國內對數據采集系統的研究正在蓬勃開展，取得了很大的進步和成果：2012年，中國科學技術大學唐紹春基于時間交替并行采樣技術研制了10 GS/s、8-bit的數據采集系統[1]；2013年，中國科學院高能物理研究所鄒劍雄研制了4 GS/s、12-bit數據采集系統[2]；2019年，中國科學技術大學梁昊研制雙通道5 GS/s、10-bit數據采集系統[3]；2019年，成都電子科技大學周楠研制了5 GS/s、12-bit數據采集系統[4]；2019年，成都電子科技大學蔣俊、楊擴軍基于時間交替并行采樣技術研制了20 GS/s、8-bit數據采集系統[5]；2019年，中國工程物理研究院二所吳軍研制了6.4 GS/s、12-bit前置數據采集系統，應用于脈沖輻射場診斷。
國內外公司也推出很多的示波器產品等，包括中國的公司如普源精電科技(RIGOL)基于自研的鳳凰座(Phoenix)示波器ASIC芯片組，研制的DS8000示波器性能達到10 GS/s、8-bit。美國Tektronix公司研制的高分辨率示波器如MSO58LP，性能達到3.125 GS/s、12-bit；美國Teledyne公司研制的高分辨率示波器如HDO8108A，性能達到2.5 GS/s、12-bit，還有一款數據采集卡ADQ7，性能達到10 GS/s、14-bit；美國Gage公司的Razormax數據采集卡對應指標為1 GS/s、16-bit，TB3-EON數據采集卡指標為6 GS/s、12-bit；美國Spectrum公司的M4x.2234-x4數據采集卡指標為5 GS/s、8-bit；美國Pico Technology公司的PicoScope6407數據采集卡性能為5 GS/s、8-bit；瑞士PSI研發的SIS3305數據采集卡性能為5 GS/s、10-bit等。
可以看到，對數據采集系統的性能參數更多關注在采樣率上，以提高數據采集系統的時間測量精度為目的，針對超快前沿的信號波形，用高采樣率獲取足夠精細的時間信息。本文主要研究了高分辨率的數據采集系統，針對超大動態范圍的信號波形，用高分辨率獲取足夠精細的幅度信息?？傮w來說，前述的數據采集系統的垂直分辨率多為8-bit、12-bit，對應的動態范圍有限，約100倍、700倍，有效位低于10-bit，在幅度歸一化的情況下，最低可分辨1/700的滿量程電壓幅值。有些探測器輸出信號的動態范圍大于1 000倍，為了既獲取整體波形，又獲取波形細節，12-bit的分辨率就不能滿足要求。這種情況下，一般通過信號分路、信道量程搭接等操作，實現對信號的精細測量；為保證信號測量的精度，相鄰測量信道量程必須有較大的重疊部分，這會降低信道有限的動態范圍；此外，各信道的幅值誤差不同、時間誤差不同，量程搭接時會導致測量精度降低[6]。本文研制了一款采樣率為1 GS/s、分辨率為16-bit的數據采集系統，采用一個信道對應一個探測器，既消除了分路、量程搭接引入的誤差影響，又節約了測量信道，實現了對大動態范圍信號的高精度測量。
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作者信息：
李海濤1，2，李斌康1，2，田 耕1，2，阮林波1，2，張雁霞1，2
(1.西北核技術研究所，陜西 西安710024；2.強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室，陜西 西安710024)