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面向微波热声成像的数据采集系统对于数据的采集、处理和传输速率都提出了较高要求，设计符合微波热声成像系统运行环境的、低成本的高速数据采集系统，对于推进医疗影像设备的技术改革具有重要意义。本文基于Altera的低成本FPGA器件，设计一种应用于热声成像的高速多通道的数据采集系统。设计工作包含硬件部分和软件部分。对于硬件部分，由于系统布线难度大、速度等级高，如何确保高速PCB的信号和电源完整性是研究的主要问题;对于软件部分，基于PCIe总线和千兆以太网的数据采集、存储与传输控制是研究的主要内容。 首先对高速数据采集系统的整体实现方案进行介绍，然后对系统的硬件电路设计做了详细说明，之后结合具体的信号特征，针对高速PCB设计的信号和电源完整性问题进行论述和仿真分析，然后采用模块化的设计方法，完成主要的功能模块的可编程逻辑设计与仿真验证，最后介绍了系统逻辑设计，并基于微波热声成像系统对该数据采集系统进行功能验证。 在硬件设计中，针对低成本FPGA器件不支持DDR3SDRAM芯片组fly-by信号的调平，通过信号完整性分析控制PCB布局布线，实现fly-by信号的相位匹配，从而达到免调平的目的。针对DDR3接口的源同步时序问题进行了理论分析，结合Cadence仿真工具对于建立保持时序裕量提出了合理的估算方法。针对电源完整性问题，采用了基于目标阻抗的分频段设计思想，为了避免传统设计方法的繁琐过程，将混合遗传算法应用于电容去耦网络设计，并对设计结果与其他方法进行了对比分析。在软件设计中，采用模块化设计思想完成系统的可编程逻辑设计，对主要功能模块包括DDR3存储模块、PCIe接口、千兆以太网接口、采样和时钟以及异步FIFO等作了详细介绍并且进行了仿真及验证，最后对该高速数据采集系统进行了功能验证。设计过程中采用了Altera公司的FPGA器件提供的丰富的IP核资源，增强了系统可靠性，简化了设计流程。 通过仿真及实际验证，表明该高速数据采集系统设计方案合理，各模块工作正常，采样数据正确无误，采样率达到125MHz，能够满足微波热声成像系统的应用需求，降低了系统实现成本。