【导读】本文先容一套基在Red Pitaya STEMlab平台的96通道高速DAQ体系，由ADI与Red Pitaya结合开发，Prevas Test Measurement与瑞典SKB完成集成落地。体系将ADI高精度转换器与Red Pitaya开源FPGA架构交融，于4U机箱内实现24台装备、96通道同步收罗，同步精度优在60纳秒，总吞吐量达每一秒1.92亿事务。从器件选型到体系集成，这一互助展示了怎样将进步前辈模仿技能转化为面向核燃料表征、工业主动化等严苛场景的高机能丈量平台。

弁言

高机能数据收罗(DAQ)体系愈发依靠半导体系体例造商与平台开发者之间的合作无懈，以满意速率、精度及可扩大性方面的严苛要求。ADI公司与Red Pitaya的持久互助瓜葛注解，此类互助可以或许将进步前辈的模仿及混淆旌旗灯号技能转化为矫捷的软件界说仪器仪表平台。联合ADI公司于高分辩率、低噪声数据转换器方面的专业常识与Red Pitaya基在FPGA的开源STEMlab架构，可快速高效地构建繁杂的多通道丈量体系。本文先容一种基在Red Pitaya STEMlab平台的96通道高速DAQ体系。此体系采用ADI公司的高机能数据转换技能，并由Prevas Test Measurement与瑞典核燃料与废料治理公司(SKB)互助完成集成落地，展示了两边的互助怎样为极具挑战性的科研与工业运用提供稳健、可同步且可扩大的解决方案。

互助的主要性

互助是Red Pitaya公司政策的焦点支柱。Red Pitaya的开源软件就充实表现了公司的互助理念，但Red Pitaya于互助层面的实践其实不局限在此。设计及制造STEMlab单位等简朴、强盛且靠得住的东西，需要与靠得住互助伙伴成立安定长期的瓜葛，对于在将Red Pitaya板卡作为焦点构建模块的产物而言尤为云云。

Red Pitaya板卡标记性的卵形前端设计和四个SMA毗连器十分夺目。四个毗连器提供了与集成模数转换器(ADC)及数模转换器(DAC)子体系的模仿接口。子体系卖力旌旗灯号采样及重构，采样率为125MSPS（尺度版）或者250MSPS（SIGNALlab系列），可天生肆意旌旗灯号。分辩率选项规模为12位至16位（视型号而定），可于速率、动态规模及成本之间举行衡量弃取。跟着对于高速高分辩率采样的需求不停增长，靠得住的高质量ADC及DAC芯片显患上愈发主要。Red Pitaya已经将此类焦点器件的供给委托给ADI，以便于多功效软件界说仪器中举行后续组装与集成。

ADI于诸多细分市场盘踞主要职位地方，建立至今已经逾60年，比拟Red Pitaya问世以来的12年成长过程，堪称汗青悠长。ADI不仅经验富厚，并且提供的器件可满意STEMlab板卡所需的分辩率及采样率，并具有低噪声、低掉真、精彩的线性度及不变性。依附ADI器件的高精度程度，此类单位可用在示波器、频谱阐发仪、函数发生器及DAQ体系等Red Pitaya于已往取患了巨年夜乐成的仪器仪表运用范畴。

ADI技能助力Red Pitaya乐成的案例

然而，优质的器件未必直接带来高机能；只有运用在严苛的现实丈量挑战时，此类体系的实用价值才最为凸显。因为统计证据离不开数据支撑，咱们开展了周全的测试，采用了多达24块STEMlab 125-14四输入板卡，总计搭载48颗ADC芯片(LTC2145-14)。

为应答严苛的丈量运用（包括废核燃料表征观点验证事情），咱们开发了一个96通道的数据收罗平台。为了撑持体系的运行与同步，咱们利用了开源的Constellation节制框架，此框架由德国电子同步加快器研究所(DESY)结合Prevas Test Measurement等多家互助伙伴配合开发。这套体系专为严苛的丈量运用而开发，包括废核燃料表征观点验证事情。

为满意上述严苛要求，Prevas Test Measurement与SKB开发了一款基在Red Pitaya STEMlab架构的96通道DAQ平台，集成为了同步收罗、自界说FPGA固件及模块化体系扩大功效。终极结果是一套96通道高机能DAQ体系，由24台Red Pitaya STEMlab 125-14四输入装备（每一台配备四个模仿输入）及Red Pitaya Click Shield构成（见图1）。这套体系专为需要高效高速数据收罗及及时旌旗灯号处置惩罚的运用而设计，很是合适极具挑战性的工业或者科研丈量情况。整套体系置在紧凑型4U 19英寸机架势机箱中，不仅节省空间，并且撑持模块化部署。

图1：机箱内安装的24台STEMlab装备。

Constellation软件框架同时运行在主机及每一台STEMlab 125-14四输入装备上，为治理漫衍式DAQ体系提供了稳健的开源软件框架。此框架实现了集中节制、监控及多通道间的简化同步。

上述基在FPGA的DAQ体系的一项要害立异于在采用了自界说FPGA镜像，可直接于装备端履行高级及时数据阐发。借助此项配置，脉冲外形甄别及脉冲高度阐发等使命可及时履行。每一个通道自力运行，经由过程阐发波形来天生各自的触发旌旗灯号。体系仅处置惩罚感兴致的事务并提取相干旌旗灯号参数，从而最年夜限度削减向主机的数据传输量，降低带宽占用并晋升体系效率。

为扩大体系功效，采用了Red Pitaya Click Shield来集成多款MIKROE Click板卡。例如，Expand 11 Click板卡撑持5V I/O兼容性，而RDT Click板卡则经由过程电阻温度传感器实现切确的温度数据收罗。上述特征使这套体系合用在情况监测、温敏丈量和其他工业运用。

96通道DAQ平台不仅经由过程Constellation节制框架运行，并且使用Red Pitaya的深度存储收罗功效，将高速数据流直接传输至RAM，从而高效处置惩罚年夜数据块。数据随后以每一个通道每一秒高达200万事务的速度存储于磁盘上。当全数96个通道于对于应的LTC2145转换器上并发运行时，总吞吐量可达每一秒1.92亿事务，满意高速持续收罗及年夜范围数据阐发的需求。

Click Shield卖力处置惩罚全数24台STEMlab装备间的触发同步，同步精度连结于60ns之内。所有收罗的数据都带有8ns分辩率的时间戳，确保单台装备内部和整个体系间的时间切确对于齐。

上述基在FPGA的高速DAQ体系，为繁杂旌旗灯号收罗及处置惩罚使命提供了多功效、靠得住且模块化的解决方案。体系联合了高效的硬件级数据处置惩罚、矫捷的扩大能力及开源软件栈，很是合适科研、工业主动化和核燃料表征等专业运用。并且依附可扩大设计，体系兼具冗余性及易维护性，纵然于数据最密集的情况中也能连结稳健机能。

结语

采用Constellation节制框架运行的96通道高速DAQ体系注解，依附ADI公司、Red Pitaya、Prevas Test Measurement与SKB之间的合作无懈，可以或许打造出可扩大的高机能丈量平台。经由过程将高精度模仿技能与基在FPGA的开源架构相联合，上述解决方案提供了同步、高效且矫捷的数据收罗能力，合用在严苛的科研及工业运用。这套体系凸显了强有力的互助伙伴瓜葛可以或许加快立异，并将进步前辈器件转化为实用的体系级解决方案。

参考文献

Simon Spannagel、Stephan Lachnit、Hanno Perrey、Justus Braach、Lene Kristian Bryngemark、Erika Garutti、Adrian Herkert、Finn King、Christoph Krieger、David Leppla-Weber、Linus Ros、Sara Ruiz Daza、Murtaza Safdari、Luis G. Sarmiento、Annika Vauth、Håkan Wennlöf，“Constellation：面向动态试验装配的自立节制与数据收罗体系”，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment，第1085卷，2026年5月。

作者简介

Črt Valentinčič是Red Pitaya首席技能官兼结合开创人，卖力开放式丈量与节制平台的架谈判技能战略。他的事情使工程师及研究职员可以或许于光子学、航空航天、量子技能和工业研发范畴构建高机能体系。

Filippo Pfaiffer是ADI公司的现场运用工程师，为欧洲客户提供撑持，并与客户合作无懈以实现体系级解决方案。他专注在高速数据收罗及丈量体系，将ADI器件与Red Pitaya开放式仪器仪表生态体系相联合。