数据采集系统发展到现今,高速采集、高速传输、并行处理、实时分析已成为新的发展趋势。在实际应对某SPARC V8架构CPU的可靠性测试任务中,被采样信号数量多、频率高,经高速采样后,会产生大量的原始数据,这对数据采集系统的采样率、数据处理能力、数据传输带宽提出了新的挑战与要求。此时,传统的数据采集设计方法与技术已经很难满足这种高性能、高速、实时、并行处理的要求,因此需开发一种新型的高速数据采集系统来应对新的挑战。为了解决上述难题,本文提出了新的解决方案,即在传统的设计方法上引入了更为先进的设计思想和技术:FPGA(Field Programmable Gate Array)技术、PCI Express总线技术、SOPC(System on a Programmable Chip)技术。将FPGA引入数据采集系统可以增加系统设计的灵活性和稳定性;PCI Express总线作为现今最先进的计算机总线技术,可以最大化的增加系统数据传输带宽。将SOPC技术引入数据采集系统则可以简化电路设计,增加后期系统可移植性和维护性,并增强与系统之间的人机交互性。因此本文将着重讨论三种技术的特点及在高数数据采集系统中的应用方法。其中将详细阐述系统核心元器件选型的原则,硬件电路的设计原理,PCI Express总线物理层的主流实现方法及优缺点,DDR3高数缓存的应用方法,以及实际电路设计中高速PCB的设计原则与方法,以及高速信号的信号完整性分析与仿真方法等。最后针对SOPC开发的环节,介绍IP核(Intellectual Property Core)的移植和重用,多核协同处理的方法,从硬件到软件对新型数据采集系统整体做一个详细的分析与设计。通过本文的分析与设计,希望可以将三种先进的技术融合到新型高数数据采集系统当中,真正实现采集系统在信号采样率、数据处理能力、数据传输带宽等性能提升的同时,同步增强系统设计的简便性,灵活性、可移植性、电路稳定性,同时还具有操作简捷明了,良好的人机交互界面等优点。在大数据时代的今天,基于SOPC、FPGA、PCI-E技术的高速数据采集系统将具有更广泛的应用,对工业4.0的发展及人工智能的进步具有重要的意义。