ZU902 与 FMC200 高速采集示波器实测

ZU902 与 FMC200 高速采集示波器实测

单通道 10 GSa/s · 双通道各 5 GSa/s · 预触发记录与文件回放

本文介绍基于北京科恒盛远科技有限公司自主研发的 ZU902 和 FMC200 组合实现的高速采集示波器。我们分别采集了 1 GHz 和 500 MHz 正弦波，并记录了信号从无有效周期输出到 500 MHz 输出的切换过程，展示原始采样点、双通道观察、硬件触发及完整记录保存功能。

图 1 ZU902 与 FMC200 高速采集硬件平台

一、硬件平台与本次配置

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| 项目 | 硬件规格或实测配置 |
| 主处理器 | ZU902 采用 ZU15EG-2FFVB1156，集成四核 Cortex-A53 与 FPGA 可编程逻辑 |
| 板载存储 | PL 侧 64 位 8 GB DDR4；PS 侧 4 GB DDR4 |
| 采集与时钟 | FMC200 采用 ADC12DJ5200 方案，12 位 ADC；HMC7044 与 LMX2594 时钟 |
| 手册最高采样率 | 单通道 10.4 GSa/s 或双通道各 5.2 GSa/s |
| 本文实测采样率 | 单通道 10 GSa/s 或双通道各 5 GSa/s |

ZU902 通过 FMC+ 接口连接采集子卡，提供千兆以太网、USB 3.0 等接口。12 位指 ADC 量化分辨率；手册最高采样率与本文实际配置分别列出，便于对应实测截图。

二、测试连接与单通道采集

本次信号源采用 ZU902 与 FMC194 组合。单通道测试将 1 GHz 正弦波送入采集板通道 A；双通道测试将 500 MHz 正弦波经功分器送入 A、B。下图展示实物连接，具体采样配置以各幅软件截图为准。

图 2 测试现场的信号源板卡、功分器与采集板

单通道 10 GSa/s 对应 100 ps 采样间隔。1 GHz 正弦波的周期为 1 ns，一个周期约有 10 个采样点。设置 1 ns/div 并开启采样点显示后，可直接查看各点的位置；本次界面测频读数为 1.000 GHz。

图 3 单通道 10 GSa/s 采集 1 GHz 正弦波（时基 1 ns/div）

图中的点间直线与折角按真实采样点保留。波形图片由上位机直接导出原生 PNG，未做平滑插值或波形修饰；采样点密度可由采样率与信号周期直接核算。

三、双通道采集与单次触发

双通道模式下，每路 5 GSa/s，采样间隔 200 ps。500 MHz 正弦波周期为 2 ns，同样约有 10 个采样点。图 4 使用 1 ns/div、100 mV/div，A、B 的显示偏置分别为 +0.200 V 和 −0.200 V，便于同时观察。

图 4 双通道各 5 GSa/s 采集 500 MHz 正弦波（黄色为 A、青色为 B）

该次软件测频读数为 A 通道 499.943 MHz、B 通道 500.063 MHz，两路峰峰值均约 291 mV。两路来自同一信号源，读数差异是测量结果的差异，不代表输入了不同频率。

四、从无有效周期信号到 500 MHz

触发测试先将信号源设为 0 MHz，确认 A、B 无有效周期信号；随后选择双通道各 5 GSa/s、32 MB 记录深度和 A 通道上升沿，界面门限设为 50 mV。点击"触发并保存"，待预触发填充完成并进入等待状态后，再将信号源切换至 500 MHz。

图 5 频率切换事件的完整记录（左侧为切换前背景、右侧为信号出现后的包络）

五、放大查看最初几个周期

完整记录保存后，可以反复浏览同一次事件。下图显示触发前 20 ns 至触发后 100 ns，每通道 600 个原始样点。两路从最初几个周期起便呈现接近 2 ns 的周期，并保留启动阶段轻微的幅度和基线变化。

图 6 同一记录的启动过程（显示范围 −20 ns 至 +100 ns）

继续放大到触发前后各 5 ns，水平时基为 1 ns/div，每通道显示 50 个原始采样点。点间采用直线连接，可以对应查看第一段上升过程与后续周期。

图 7 触发附近 1 ns/div 近景（保留原始采样点与直线连线）

虚线标记文件中的 FPGA 硬件触发样点。触发时刻对应设置的上升沿门限，信号必须先上升到门限才会触发，因此它不等同于信号开始出现的绝对时刻。预触发数据保留了门限到来之前的过程。

六、完整保存与离线复查

图 5 的记录每通道保存 11,182,080 个样点，覆盖约 2.236 ms。全记录以峰值包络显示密集波形，放大后可以查看原始样点。上下分开的平直段来自显示偏置，代表各通道接近零输入的背景。

采集完成后，软件自动保存 .fmc200 文件，内容包括原始采样数据、采样模式、触发位置及浏览索引。本文触发记录的数据区与索引 SHA-256、文件长度和完成标记均已复核通过。板卡记录释放后，电脑上的文件仍可打开、定位和放大浏览。

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| 使用方式 | 主要功能 |
| 运行模式 | 观察时域波形；独立调整 A、B 显示量程和偏置；开启频谱分析 |
| 触发记录模式 | 等待硬件触发；保存事件前后数据；显示全局概览与局部原始采样点；不显示频谱界面 |
| 离线浏览 | 打开已保存记录；定位触发附近；缩放查看同一次事件 |

上位机可选择 32 MB 至 8 GB 记录深度。本文触发图片来自 32 MB 档；实际有效样点数与时长以保存文件为准。选择更大的记录深度时，也需要考虑传输时间与磁盘空间。

对于高速信号调试，运行模式便于观察稳态波形与频谱，触发记录用于保留切换和突发过程。采集后的完整文件让开发人员能够围绕同一次事件反复核对，而不必每次都重新制造触发条件。

七、测量条件与参数说明

1. 本次稳态截图于 2026 年 10 月 11 日采集，触发示例于 10 月 12 日复测。触发示例采用信号源从 0 MHz 切换至 500 MHz 的方式，区别于关闭再开启输出。
2. 幅值沿用既有 15 MHz 端口校准，图中读数不作为 500 MHz 或 1 GHz 绝对幅值准确度的标定结论。本文也不据这些图片推导模拟带宽、有效位数 ENOB、无杂散动态范围 SFDR 或通道间时延精度。
3. FMC200 手册在 ADC 性能指标下列出的 8.0 GHz 模拟输入带宽和默认 0.8 Vpp 满量程，未作为整套示波器经过验证的端口带宽与输入量程。PL 侧 8 GB 是物理存储容量，不直接等同于单条文件中的有效采样数据量。

参考资料

1. 1 北京科恒盛远科技有限公司《ZU902 数据手册》，第 1 页。
2. 2 北京科恒盛远科技有限公司《FMC200 数据手册》，第 1 页。
3. 3 本文配套实测截图及 2026 年 10 月 12 日触发原始记录。