[发明专利]10GSps8bit高速信号实时采集传输存储与回放系统

说明书

技术领域

本发明是一种高速数据采集、传输、存储与回放系统，具体涉及10GSps8bit高速信号实时采集传输存储与回放系统。

背景技术

高速数据采集、传输、存储与回放系统在工业及通信领域有着广泛的需求和应用。高速数据采集、传输、存储的关键之一是高速模拟-数字转换器(ADC)。高速宽带ADC器件制造技术主要被西方发达国家所垄断，目前国外的主要模数转换芯片制造商有E2V，Maxim以及National Semiconductor等。目前单片ADC可以达到的最高采样率为5GSps。若要得到更高的采样速率，可以利用多片高速ADC在不同相位时钟驱动下交错采样实现。国外一些主要采集设备制造厂商在此方面取得了卓有成效的研究进展，瑞典的Signal Processing Devices公司的ADQ108 Tiger，其模数转换芯片选用了NS公司最高采样率为3.5GSps的芯片ADC08D3000，采用两片ADC交错采样的技术，达到的等效采样率为7GSps。而美国Agilent公司的U1065A采用了4片采样率为2GSps的ADC交错采样，达到的等效采样率为8GSps。

随着ADC的采样速度和采样精度等指标日益提升，其产生的数据流量也大幅增长，以一片1GSps，8bit的ADC为例，其每秒钟产生的数据量就有1GBytes。对于如此大量的数据，实现实时记录的前提条件是将数据无差错地传输到存储单元。

目前在工业领域广泛应用的高速串行总线协议有PCI Express、VPX和万兆以太网等，其中PCI Express 1.0单通道传输率为2.5Gbit/s，而PCI Express 2.0标准单通道传输率5.0Gbit/s，采用8lane传输，可以达到40Gbit/s的速度，对于采样率达到10GSps，采样精度为8bit的高速数据采集系统，每秒钟产生的数据量将达到10GB/s，一个PCIe2.0 8lane的接口满足不了需要，这就需要通过数据分发，利用多台机器通过PCIe2.0接口完成数据的接收和存储。在数据的分发和传输过程中需要高性能的时钟信号和数据校验机制，而国内研究单位目前在此方面研究较少。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种10GSps8bit高速信号实时采集传输存储与回放系统。系统可以以10GSps的采样速度，将8bit分辨率的采样数据实时存储起来，且具有事后回放功能，通过千兆以太网，数据管理软件可以完成数据的拼接和对齐。

系统总体方案示意图如图1所示。系统在硬件上包括数据采集子系统、数据传输子系统、数据存储子系统及管理控制采集子系统，其中，数据采集子系统连接到数据传输子系统，数据传输子系统连接到数据存储子系统，数据存储子系统连接到管理控制采集子系统，管理控制采集子系统通过控制信号控制数据采集子系统及数据存储子系统；

所述数据采集子系统包括前端信号调理电路、ADC交错电路、FPGA、时钟发生及调相电路，所述ADC交错电路包括两片高速ADC芯片EV10AQ190，两片高速ADC芯片EV10AQ190进行交错采集以实现采样速率10GS/s，由FPGA完成数据的分发及高速串行传输；

所述数据传输子系统包括位宽变换模块、分发传输模块及100Gbps传输分发接口；

所述数据存储子系统包括NAND Flash固态存储阵列，固态存储阵列分别连接在8台计算机上；

所述管理控制采集子系统包括主控计算机、交换机；

所述ADC的采集结果由FPGA按照时间先后顺序分配到10路并行光纤接口并通过其分发到多个NAND Flash存储阵列中进行高速存储。当需要进行数据回调时，可通过千兆以太网将NAND Flash存储阵列中的数据传至高性能服务器中进行多通道数据拼接与对齐与数据处理。    

本发明提供的技术方案是：10GSps8bit高速信号实时采集传输存储与回放系统设计和实现，核心软件技术主要包括80Gbps带宽的多通道并行高速数据传输技术、高速数据存储技术、高速ADC交错采样补偿技术等。

1）突破80Gbps多通道并行高速数据传输技术

数据传输带宽是制约本系统整体性能的主要瓶颈，也是项目的关键。由于系统中ADC采样率极高，每秒钟产生的数据量高达10GB，超过了目前任何一种成熟的单一传输接口的传输能力，本发明设计了多通道高速并行传输方案。方案采用了高速串行协议与并行多通道技术。

2）高速数据实时存储及管理技术