时间是物质运动和存在的基本属性之一,精密的时间作为科学研究、科学实验和工程技术诸方面的基本物理参量,为一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时基坐标.对日常生活来说,对时间的概念一般精确到分钟就足够了,即使在卫星导航应用方面,测量到纳秒也完全满足需要.然而在很多大型物理实验中,时间间隔测量作为一种重要的鉴别和探测手段,对测量的精度要求非常严格(到ps量级),如何提高时间测量的精度成为物理学家孜孜以求的目标.随着科学技术的进展,许多精确测量时间的方法被陆续提出,比如电流积分技术、计数器技术、模拟放大技术、内插技术等等,其中内插技术是获得ps量级测量精度的主要手段.该论文对新近发展起来并已经较为成熟的DLL+RC延迟的两级时间内插方案进行了一系列研究,以CERN微电子组研制的HPTDC芯片作为这种内插方案的代表,我们分析了该方案所能达到的设计指标,然后根据实际测得的参数提出了两种提高精度的措施.为了验证我们的研究的正确性,参考北京谱仪三期重大改造工程BES Ⅲ中飞行时间电子学(TOF)测量的精度需求,我们设计了验证电路并进行了一系列的测试.第一章从两个大型物理实验中高精度时间测量应用场合的例子出发,介绍了在时间测量方法发展过程中比较重要的技术,讨论的重点放在时间分辨和动态范围两个方面,功耗也是一个值得注意的因素.第二章描述了时间-数字转换电路(TDC)中常用的技术指标,比如INL和DNL,这些指标刻画了TDC的性能,是限制TDC精度的主要因素.同时,这一章简要分析了TDC电路中动态误差的各种来源.第三章分析了高能物理实验对TDC性能的特殊需求,并介绍了几个应用于高能物理实验的TDC的研究成果.第四章介绍基于DLL+RC延迟的两级时间内插方案的典型代表-HPTDC芯片.该章首先计算了采用DLL+RC内插所能取得的理论精度,然后介绍了该芯片的结构、各部分功能和使用方法.第五章根据TDC电路固有的INL误差提出了两种提高精度的方法,一种是INL修正,一种是同步时间放大.该章详细叙述了两种方案的实现途径.第六章首先介绍BES Ⅲ中主漂移室(MDC)和TOF两个时间测量场合所需要的测量精度,然后根据TOF的测量需求分析TOF的测量过程,提出验证电路设计的参考技术指标,并结合TOF的具体应用详细介绍了包括峰值检测器在内的一系列软硬件的设计.第七章讲述了验证电路的测试方案、测试过程以及测试结果,并对测试结果进行定性或定量的分析.从结果来看,验证电路能达到预期的设计指标,说明我们围绕DLL+RC内插的时间测量方案的一系列研究是成功的.第八章介绍了时间测量方法的一些最新进展,结束语部分简要总结该论文的工作.