大型物理实验装置在运行过程中会产生高速粒子的碰撞，从而产生极短的电磁脉冲，其频率极高。若采用客户最容易想到的数字示波器方案，将无法满足后端数据的实时存储与信号处理需求。此外，监测多个传感器的数据，需要数百个通道之间保持极高的同步性，这意味着即使采用大量的多通道紧凑型数字示波器组网，也会面临高昂的成本与复杂的同步问题。
另一方面，实验中的瞬态现象对多通道采集同步性提出了严苛要求。特别是实验运行时产生的高频电磁脉冲和瞬态磁场，可能导致传统电缆传输的触发信号失真。因此，需要采用光纤传输或其他信号隔离技术，确保同步信号的完整性。根据项目的实际需求，系统需要同步采集多种物理量（如电磁场、光谱辐射、粒子通量等），同时具备跨频段、跨量纲的同步触发与时间戳对齐能力。这些高要求对于数字示波器的方案而言，非常困难。
结合上述两方面的要求，可以判断需采用多台数字化仪构建分布式采集阵列，并最终形成一套复杂而庞大的数据采集系统，具体理由参见表1。数字化仪采集阵列，顾名思义由多台数字化仪构成，适用于需要多通道高精度同步采集的环境，特别适用于大型物理实验、核聚变、阵列雷达、MIMO等需要多通道采集的应用场合。
最后还有一点，即普通台式仪器通常需额外配置GPS或IEEE1588同步模块才能达到μs级同步，普通PCIe等模块化仪器在配备性能良好的时钟同步板后才能达到ns级同步，而VPX架构采用背板级参考时钟分发系统则可实现ps级同步。由于该实验所需的采集通道数以千计，通道之间的同步问题非常严峻，因此必须选择基于VPX架构的方案。事实上，VPX架构本身就具备高性能、高可靠性和模块化的特点，所以在航空航天、国防等领域得以广泛应用。
由此可见，采用基于VPX架构的数字化仪采集阵列应该可以满足本项目严苛的技术指标要求，是应对该项目技术挑战的最优解决方案。
坤驰科技设计的系统采用标准上架式机柜部署（参见图1），核心组件包括：
多台采集机箱： 基于高性能模块化架构（参见图2），每个槽位插入高速数字化仪模块。
集中式同步机箱： 为整个系统提供统一、高精度的时钟源和触发源（参见图3）。
光纤交换网络： 实现采集数据的高速、抗干扰传输至后端处理单元。
光谱信号通过光电转换设备接入采集机箱，系统通过集中式同步机箱确保所有采集通道的严格时间同步。后端采用光纤网络传输数据，用户可通过Web版统一控制软件对所有采集设备进行配置、监控和数据分析。
图1. 上架式机柜实物图
图2. 基于VPX架构的采集机箱（示意图）
系统中最核心的是采集部分，具有以下特点：
● 每台采集机箱基于高性能模块化架构，通过背板高速总线（如PCIe）进行数据交互。
● 采用的坤驰科技自研高速数字化仪模块，具备高采样率（1GS/s及更高）、高分辨率（14位）、多通道（例如本项目采用2通道） 同步采集能力。
●单机箱可扩展支持数十通道同步采集，系统可通过增加机箱灵活扩展至数百通道（图4示意了一个小规模的系统）。
● 数字化仪基于高性能FPGA架构，支持定制化算法开发与实时处理。
图4. 系统硬件架构示意图
高精度同步采集：为保证多通道高精度同步采集，如前文所述，需在硬件层面采用外部时钟板为整套系统提供统一时钟源，并采用外部触发板为整个系统采集提供统一触发源，最终保证采集的同步精度。再通过软件层面对数字域信号进行相位对齐校准，完善硬件层由芯片自身特性带来的确定性延迟，最终实现该多通道高精度采集阵列的时间同步优于200ps。
创新技术架构：坤驰科技提供完整的软硬件协同解决方案（如图5所示），不仅能够显著降低客户的二次开发成本，而且具有以下创新优势：
①软件采用Web界面设计（如图6所示），可用性、安全性及可扩展性更高；
②大数据存储处理技术可轻松应对高速采集的海量数据；
③大量采用开源技术和代码，不会受制于外部制裁和干扰；
④云原生架构的容器化部署、微服务化设计和自动化运维等技术可做到更快交付；
⑤用户终端免部署，采用浏览器即可对系统状态、采集任务、采集数据等信息进行管理查看，方便易用。
