摘要
随着电子技术的飞速发展，面对复杂电子系统测试和大规模信息处理的需求，
传统的双通道示波器难以胜任，而多通道数字示波器及多台示波器组成的多机系
统能够同时处理多个信号事件，满足了用户对于同时进行多通道信号测试与分析
的需求。根据系统指标要求进行设计分析，本文搭建了基于“ADC+多FPGA”的示
波器单机系统架构，针对数字示波器的高速信号传输同步技术进行研究；搭建了基
于高精度外触发的示波器多机系统架构，针对多机系统的同步技术进行研究，具体
内容包括以下方面：
(1)完成系统方案的设计。基于本研究项目的性能指标，完成“ADC+多FPGA”
架构的“主从”数据采集系统设计。在此基础上，简要介绍系统核心器件的选型，并
在本研究涉及的关键技术中，选择示波器单机的传输同步技术和示波器多机的同
步技术进行需求分析，为下文的详细研究奠定了理论基础。
(2)解决多通道数字示波器的传输同步问题。针对数字示波器的高速信号传输
不同步的现象，建立了基于高速信号稳定同步传输的时序模型，详细分析了由布线
差异和跨板传输等因素导致的传输延迟，并基于该分析提出了基于同步窗口扫描
的多FPGA传输同步方法，实现数据信号和控制信号多bit位之间的传输同步以及
多FPGA之间的传输同步，确保了数据时序的正确性和系统的稳定性。
(3)解决示波器多机系统的同步问题。针对多机系统的多机同步触发精度较低
的现象，通过对比选择了基于高精度外触发的方案完成多机系统的搭建；针对示波
器单机外触发精度较低的现象，设计了基于FPGA-TDC技术的外触发校正方案，
实现了示波器单机的高精度外触发，外触发的触发精度达到±100ps；在多机系统
同步工作模式下，实现了多机系统的高精度触发同步，多机同步触发精度达到±
200ps，保证多机系统能够同时正确处理多个信号事件。
本文最后对示波器单机系统的传输同步设计和多机系统的触发同步设计功能
进行测试与验证，最终测试结果表明，两项同步技术的设计成功地达到了预期目标。
关键词：多通道数字示波器，传输同步技术，多机系统，多机同步技术
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,traditionaldual-channel
oscilloscopescannotmeettheneedsofcomplexelectronicsystemtestingandlarge-scale
informationprocessing.Multi-channeldigitaloscilloscopesandmulti-machinesystems
composedofmultipleoscilloscopescanprocessmultiplesignalssimultaneously.event,
meetingusers’needsforsimultaneousmulti-channelsignaltestingandanalysis.Based
onthedesignandanalysisofthesystemindexrequirements,thisthesisbuildsan
oscilloscopesingle-machinesystemarchitecturebasedonADC+multipleFPGAsto
studythehigh-speedsignaltransmissionsynchronizationtechnologyofdigital
oscilloscopes;buildsanoscilloscopemulti-machinesystemarchitecturebasedonhigh-
precisionexternaltriggering,targetingResearchonsynchronizationtechnologyofmulti-
machinesystems,thespecificcontentsincludethefollowingaspects: