时间间隔测量技术的应用非常广泛,它在军事国防、航空航天、地质测绘、卫星发射与监控、激光测距、时间同步及授时、高能物理研究等诸多领域都有着重要的应用。由于该方向的研究成果能促进相关应用领域的技术进步,因此针对该技术的研究国内外一直在进行。本文通过对各种方法的对比研究,在电子计数法的基础上对其存在的±1原理误差使用电压-时间转换法进行二次测量是一种典型的高精度时间间隔测量仪的设计方法。但是,使用这种方法也会存在一些问题:一方面,使用电压-时间转换方法时,由于温度对电容、运放、A/D转换器等模拟器件产生影响,导致测量精度受到环境温度的影响,降低了设备的可靠性。另一方面,目前采用这种方法的设备相对来说体积较大,不能满足实际工程的需要。本文的研究目的是针对上述问题,设计出不受环境温度影响的小型化高精度时间间隔测量仪。本文的工作如下:1)为了解决温度对设备测量精度的影响,本文通过对电压-时间转换法进行理论分析,针对该方法中模拟器件受温度影响较大这一特点,使用了自动校准技术,并将其用于基于时间-电压转换法的时间间隔测量仪中。采用了自校准技术的时间间隔测量仪能够探测外部环境温度及系统老化等因素对测量精度的影响,在环境因素变化时能够生成校准数据用于校准。2)为了解决传统时间间隔测量系统体积较大的问题,采用了带模数转换器的MAX10 FPGA作为控制芯片,外部只需要很少的模拟元件便可完成整个测量过程。在Quartus II 18.1平台上,利用Verilog HDL硬件开发语言,采用自顶而下的设计方式,对时间间隔测量仪的锁相环、测量电路、自动校准电路、NIOS II等模块进行设计,并完成综合逻辑布局。完成综合设计后,采用Model Sim 10.1软件进行RTL级仿真实验。在Eclipse集成开发环境中,使用C语言对内部NIOS II内核进行编程。最后,将布局布线后的配置文件下载到FPGA硬件上,并用原子钟输出频率对仪器进行测试及结果分析。实验表明,使用自动校准技术的时间间隔测量系统不受外界温度的影响,能够获得高精度的测量结果。时间间隔测量系统能够达到百皮秒量级以内,系统分辨率高,且设计的测量电路具有小型化、易于集成、可移植性强、使用灵活等特性。