近年来,随着PET在临床诊断以及在药物实验等方面的广泛应用,PET技术受到越来越多人的关注,传统PET系统的不足也逐渐体现了出来,表现在传统PET图像的对比度和分辨率都偏低。针对传统PET系统的这些不足,很多学者提出了很多不同的方法来改进PET系统,例如全数字化PET、TOF技术等。但无论在哪种方法中,高的时间分辨率都能够比较有效的提高PET图像信噪比,如何获得高的时间分辨率都是一个很关键的技术。本文针对新型PET系统较高的时间分辨率的要求,在总结常用时间间隔测量方法的基础上,选择了基于延迟线结构的时间数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)方案。设计的TDC由两条延迟线和一个粗计数器组成。使用Verilog语言完成TDC框架编写后,通过多次仿真测试和下载芯片测试,确定了延迟线中的延迟单元的结构,最终在Altera Stratix FPGA开发板上实现了一个平均时间分辨率小于200ps的TDC系统。随后本文根据基于统计的测试方法,提出了使用PC机产生随机脉冲、通过RS232 DB9接口对TDC系统进行测试的方法,并完成了PC端和FPGA端功能的设计与实现。之后使用这个测试平台完成了对TDC系统的测试,获得了关于这个TDC的平均分辨率、微分非线性误差、积分非线性误差等数据。在文章的最后,对本文所作的工作进行了总结,并对下一步进行的工作进行了展望。