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4.3 电源模块的设计. 12
4.4 光纤接口模块的设计. 15
4.5 DDR3 数据存储模块的设计 . 16
4.6 PCIe 总线接口模块的设计 18
4.7 系统实物图. 19
5 FPGA 的逻辑设计 20
5.1 顶层逻辑分析. 20
5.2 PCIe 接口模块的逻辑设计 23
5.3 光纤传输模块的逻辑设计. 24
5.4 DDR3 缓存模块的逻辑设计 . 26
5.5 组帧模块的设计. 29
6、系统仿真与测试 31
6.1 组帧模块的功能仿真. 31
6.2 系统整体功能测试. 33
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着通信、航天、雷达等科学技术的发展，对实时信号的需求量变得越来越
大，且对信号采集的要求变得与日俱增。随着通信行业的快速发展，数据采集卡
的信号采集速率和信号误码率等一些重要指标备受业内外人士的关注。因此，有
必要研究出一种高性能的实时信号采集系统。
本文设计研究的多通道光纤数据采集系统，主要针对高速信号的采集以及预
处理。例如，视频图像信号和实时雷达信号的传输等。该系统有很多优点，如速
度快，性能高，使用方便等优点，所以能被运用于很多相关场合之中。
1.2 研究历史与现状分析
在雷达成像、相控阵雷达等雷达系统中，若要采集存储大量的实时数据，并
对其进行分析处理，则需要性能较高的信号采集存储系统。且在很多雷达系统的
外场实验中，同样要用到数据采集与存储。这些外场实验需要很高的费用，而且
实现的难度大。
如今，电子装备走向国产化、小型化已成为目前趋势。随着可编程逻辑器件
和微电子技术的发展，由于FPGA 具有可重复编写的灵活性以及并行处理能力，
其功能越发强大，应用范围也越来越广。利用 FPGA来设计电路，不仅能符合嵌
入式开发的低功耗、小型化、高可靠性以及高集成化的要求，而且设计成本较低，
周期较短。如今，专用的逻辑器件、DSP、各种算法以及微处理器等以 IP核的形
式嵌入到了FPGA中，使得FPGA 的功能更加强大。
近年来，随着计算机相关技术的快速进步，总线技术水平有了很大的提高，
使得数据的采集与处理有了很大的发展， 也因此设计出了很多高性能的数据采集
系统。这些系统一般可分成两种：第一种是基于 VXI 总线的数据采集系统，这
类系统经常运用于工业的自动化控制之中；第二种则是基于 PCI 及 PCIe 总线接
口。其中，第一类数据采集系统有很独特的总线标准，因此能够充分满足现代雷
达系统的需求，但实现的成本很高；而第二类数据采集系统虽然在环境比较极端
的情况下不能满足系统的指标需求，但在实验室等室内环境下却能较好的满足系
统的要求。 此外，光纤技术已经发展了几十年的时间。光纤数据通信技术具有很多的优
点，如带宽大、损耗小、重量轻、体积小、容量大、抗干扰能力强等，因此很受
相关技术人员的欢迎，而且市场潜力很大。目前，该技术已经运用到了数据通信
的广播、石油、军用、电力和邮电等通信领域之中。光纤通信技术的发展速度极
快，在 1991 年底，全球所有的光缆长度长达五百多万千米，而 4 年之后全球长
度就长到了一千一百万千米。虽然目前的光纤通信网已有很大的容量，但是，仍
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